BAB IV ............................... ............................................... .................................. .................................. .................................. .................................. ..................... ..... 26 ENGINE PROPELLER MATCHING ................................................................................. 26
Hal 2 dari 33
BAB I PENDAHULUAN Propeller merupakan bentuk alat penggerak kapal yang paling umum digunakan dalam menggerakkan kapal. Sebuah propeller yang digunakan dalam kapal mempunyai bagian daun baling – baling ( blade ) yang menjorok kearah tertentu dari hub atau bos. Bos ini dipasang pada poros yang digerakkan oleh mesin penggerak utama kapal. Sebuah kapal berjalan dengan menggunakan suatu daya dorong yang dalam istilahnya disebut sebagai thrust. Daya dorong tersebut dihasilkan oleh suatu motor atau engine yang ditransmisikan melalui suatu poros (sistem transmisi yang banyak digunakan) kemudian daya tersebut disalurkan ke propeller. Daya dorong yang ditransmisikan tersebut dalam menggerakkan kapal akan sangat dipengaruhi oleh bagaimana kita mendesain propeller itu sendiri. Semakin baik desainnya baik dari segi bentuk, effisiensi, jumlah daun, dan lain sebagainya maka akan semakin besar daya dorong yang akan dihasilkan. Untuk mendesain daripada propeller ini pertama-tama kita harus tahu dulu ukuran utama daripada kapal yang akan ditentukan atau direncanakan propellernya tersebut. Kemudian dari data itu kita menghitung tahanan total dari kapal. Dalam laporan ini metode yang digunakan untuk menghitung tahanan total kapal adalah metode Guldhammer Harvald. Pada tahap kedua adalah menghitung daya engine (BHP) yaitu daya mesin yang nantinya ditransmisikan ke propeller untuk menghasilkan daya dorong. Langkah berikutnya dalah memilih engine yang tepat untuk menghasilkan BHP seperti yang diinginkan dan menghasilkan kecepatan kapal yang sesuai dengan rencana yang telah dibuat. Langkah selanjutnya adalah memilih propeller caranya dengan menentukan ratio daripada reduction gear kemudian menentukan berapa kecepatan putaran propeller yang sesuai dengan reduction gear tersebut. Kemudian dibandingkan hasilnya antara beberapa kecepatan propeller tersebut dan diambil yang paling effisien, diameternya memenuhi aturan dari Biro Klasifikasi Indonesia dan memenuhi sarat kavitasi. Dalam menentukan atau mendapatkan perhitungan tersebut adalah dengan menggunakan Bp - diagram. Langkah selanjutnya adalah menghitung Engine Propeller Matching (EPM), yaitu mencocokkan mencocokkan antara antara propeller propeller dengan mesin yang di gunakan, setelah setelah itu melakukan perhitungan propeller serta melakukan perencanaan poros propeller. Dalam perencanaan poros data yang diperlukan adalah besarnya daya yang ditransmisikan ditransmisikan ke propeller yang disebut dengan SHP dan besarnya torsi yang diterima oleh poros tersebut. Karena propeller ini menembus badan kapal maka diperlukan suatu alat yang berfungsi berfungsi untuk untuk mengurangi air yang masuk ke dalam kapal. kapal. Alat tersebut biasa dinamakan dengan stern tube. Sehingga untuk langkah selanjutnya adalah menghitung atau merencanakan stern tube.
Hal 3 dari 33
Dalam laporan ini juga akan dihitung mengenai perencanaan boss propeller, kopling, tebal bantalan, pasak, tebal bantalan, stern post, intermediate shaft serta kopling penghubung antara poros propeller dan poros intermediate. Jenis pelumasan dari stern tube yang digunakan dalam perencanaan perporosan ini adalah sistem pelumasan air laut dengan pelepasan stern tube ke arah dalam kapal.
Hal 4 dari 33
BAB II PEMILIHAN MOTOR MOTOR PENGGERAK PENGGE RAK UTAMA Tujuan dari pemilihan motor penggerak utama kapal adalah menentukan jenis serta type dari motor penggerak utama kapal yang sesuai dengan kebutuhan kapal. Kebutuhan ini didasarkan dari besarnya tahanan kapal yang diakibatkan oleh beberapa faktor diantaranya dimensi utama kapal serta kecepatan dan rute kapal yang diinginkan. Langkah – langkah dalam pemilihan motor penggerak utama kapal antara lain : 1. Menghitung besarnya tahanan kapal. 2. Menghitung besarnya kebutuhan daya motor penggerak utama kapal. 3. Menentukan jenis dan type dari motor penggerak utama kapal.
2.1. PERHITUNGAN TAHANAN KAPAL Tahanan(resistance) kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja pada kapal sedemikian rupa hingga melawan gerakan kapal tersebut. Tahanan tersebut sama dengan komponen gaya fluida yang bekerja sejajar dengan sumbu gerakan kapal. Resistance merupakan istilah yang disukai dalam hidrodinamika kapal, sedangkan istilah drag umumnya dipakai dalam aerodinamika dan untuk benda benam. Dengan menggunakan definisi yang dipakai ITTC , selama memungkinkan, komponen tahanan secara singkat berupa: 1. Tahanan Gesek 2. Tahanan Sisa 3. Tahanan Viskos 4. Tahanan Tekanan 5. Tahanan Tekanan Viskos 6. Tahanan Gelombang 7. Tahanan Tekanan Gelombang 8. Tahanan Pemecahan Gelombang 9. Tahanan Semprotan Sebagai tambahan dari komponen diatas, beberapa tahanan tambahan perlu disebutkan, yaitu: 1. Tahanan Anggota Badan 2. Tahanan Kekasaran 3. Tahanan Udara 4. Tahanan Kemudi Pada perhitungan untuk mencari tahanan kapal dipakai data-data ukuran utama kapal, rumus-rumus perhitungan,tabel, dan diagram. Metode perhitungan yang digunakan adalah metode Guldhammer-Harvald.
Hal 5 dari 33
Data Kapal 1. Nama 2. Tipe 3. Dimensi a. LWL b. LPP c. B d. H e. T f. Cbwl g. Cb h. VS 4. Rute Pelayaran
: : : : : : : : : : : :
MV ............. Container 143 meter 137.5 meter 19.2 meter 11.2 meter 8.287 meter 0,701 0,7149 15 knot Surabaya – Shanghai (2526 nM)
Penentuan Dimensi Kapal Perhitungan daya kapal dengan menggunakan metode harvald terdiri dari dua komponen tahanan utama yaitu tahanan pada permukaan kapal diatas sarat air (draft) yang dipengaruhi oleh luasan bangunan atas kapal dan tahan akibat permukaan dibawah sarat air yang dipengaruhi oleh luasan permukaan basah kapal. Tahanan kapal total adalah penjumlahan dari kedua tahanan tersebut. Sedangkan untuk pengaruh yang lain seperti gelombang, kekasaran permukaan dan sebagainya diberikan kelonggaran-kelonggaran pada penambahan sea margin dan engine margin kapal. Pada perhitungan tahanan, ditentukan terlebih dahulu koefisien masingmasing tahanan yang dapat diperoleh dari diagram-diagram dan tabel-tabel. Pada perhitungan digunakan pedoman pada buku Tahanan dan Propulsi Kapal (Sv. Harvald). Data-data ukuran utama kapal diambil dari Tugas Rencana Garis (Lines plan) yang telah dilalui mahasiswa pada semester sebelumnya. Dalam perhitungan Tahanan Kapal dengan Metoda GULDHAMMER-HARVALD ukuran ukuran yang dipergunakan adalah: = 137.5 m Panjang antara garis tengah: Lpp = 143 m Panjang garis air : Lwl = 19.2 m Lebar : B = 8.287 m Sarat : T Koefisien Blok : = 0,7149 = 0,701 Koefisien Blok Waterline wl Koefisien Penampang Tengah : = 0,9854 = 0,7255 Koefisien Prismatik Longitudinal :
Algoritma Perhitungan Tahanan Kapal Algoritma dari perhitungan tahanan kapal adalah sebagai berikut: 1. Menghitung Displacement 2. Menghitung Luas Permukaan Basah 3. Menghitung Froude Number Hal 6 dari 33
4. Menghitung Koefisien Tahanan Gesek 5. Menghitung Koefisien Tahanan Sisa 6. Menghitung Tahanan Tambahan 7. Menghitung Koefisien Tahanan Udara dan Tahanan Kemudi 8. Menghitung Koefisien Tahanan Total 9. Menghitung Tahanan Total Kapal 10. Menghitung Tahanan Dinas Kapal Volume Displasement = Lwl x B x T x = 143 x 19.2 x 8.287 x 0.7149 = 15949.70 m3 (Handout mata kuliah Teori Bangunan Kapal)
Berat Displasement :
= Lwl x B x T x x = 143 x 19.2 x 8.287 x 0.7149 x 1.025 = 16348.44 ton (Handout mata kuliah Teori Bangunan Kapal)
Permukaan Basah: S Luas Permukaan
= 1,025.Lpp (.B+1,7T) = 1,025 x 137.5 [(0,7149x 19.2) + (1,7 x 8.287)] = 3958.19 m2 (Harvald 5.5.31, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 113)
Menghitung Angka Froude Formula :
Fn
=
v gL
(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 58)
Dimana :
v = 15knot = 7.717 m / detik g = Percepatan Percepatan gravitasi standar standar ( = 9,8 m / detik detik 2 )
Sehingga :
Fn
=
7.717
9.8 x143 = 0.20613
Menghitung Angka Reynold Formula :
Rn
=
v Lwl v k
(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 58) Dimana : Vk = Koefisien Viskositas kinematik ( = 1,188.10 -6 ) 7.717 x143 Sehingga : Rn = 0.00000118831 = 1299259163
Hal 7 dari 33
Menghitung Tahanan Gesek Cf
=
=
0,075 (log Rn 2) 2 0,075 (log 1299259163 x 10 6
2) 2
= 0.00148208 (Harvald 5.5.31, Tahan dan Propulsi Kapal, hal 118)
Menghitung Tahanan Sisa CR atau tahanan sisa kapal dapat ditentukan melalui diagram Guldhammer-Harvald yang hasilnya adalah sebagai berikut 1. Interpolasi Diagram L / ( 1/3 ) = 143/ (15949.70 ) 1/3 = 5.68 60Dari hasil tersebut kita interpolasi pada Diagram Guldhammer dan Harvald diperoleh: L/ V1/3 = 4 103 CR = 1.5 L/ V1/3 = 4,5 103 CR = 1 .3 L/ V1/3 = 5 103 CR = 1.1 L/ V1/3 = 5,5 103 CR = 0.9 L/ V1/3 = 6 103 CR = 0.8 L/ V1/3 = 6,5 103 CR = 0.7 L/ V1/3 = 7 103 CR = 0.6 L/ V1/3 = 7,5 103 CR = 0.55 L/ V1/3 = 7,5 103 CR = 0.50
Sehingga, Harga 103 CR untuk L / ( 1/3) = 5,460 dapat dicari dengan metode interpolasi linier dan didapat persamaan Y = -0.2083x + 2.3733 CR1 = 0.00096273
2. Koreksi CR terhadap B/T B/T = 19.2 / 8.287 = 2.153598281
103 CR2 = -0.028336 CR2 = -0.000028 3. Koreksi CR terhadap LCB Posisi dari titk benam memanjang kapal (buoyancy) akan mempengaruhi besarnya tahan kapal, jika posisi dari LCB standar berada didepan dari LCB sebenarnya (pada kapal) maka tidak dilakukan koreksi tetapi jika letak LCB sebenarnya berada di
Hal 8 dari 33
depan LCB standar maka akan meningkatkan harga tahahan kapal (kapal dalam kondisi trim). Koreksi ini dilakukan untuk mengetahui penambahan dari CR akibat dari penyimpangan letak LCB sebenarnya terhadap LCB standar. Dari diagram NSP diperoleh : Lcb= 1,41% (di depan midship) Dari Gbr. 5.5.15 Harvald Harvald hal. 130 diperoleh Lcb Lcb standard = 0,50% Sehingga Lcb kapal kapal = Lcb(NSP) – Lcb (standar) = (1,41– 0,50)% = 0.91 % didepan Φ kapal Karena LCB berada di depan LCB standard, maka dilakukan koreksi terhadap harga Cr dengan menggunakan rumus:
10 C + LCB LCB 3
3
3
10 CR = 10 CR (Standart)
R
dengan melakukan pembacaan grafik 5.5.16 pada buku Tahanan dan Propulsi kapal A.Harvarld didapatkan hasil : CR3 = 0.0000259 4. Koreksi CR karena adanya anggota badan kapal Dalam hal ini, yang perlu dikoreksi adalah karena adanya boss baling - baling, sehingga CR dinaikkkan 5 % saja. CR4 = (1+5%) CR = 0.00002723 dan Propulsi Kapal, hal 119)
Koefisien Tahanan Tambahan Dari perhitungan awal diperoleh displasemen kapal sebesar 16348.44642 ton Jika melihat daftar pada “Sv. Aa. Harvald, Tahanan dan Propulsi Kapal”, hal 132 (5.5.23), adalah sebagai berikut : Displasemen = 1000 t, CA 0.6 x 10-3 Displasemen = 10000 t,
CA = 0.4 x 10 -3
Displasemen = 100000 t,
CA 0
Displasemen = 1000000 t, CA = -0.6 x 10-3 Displasemen = 16348 t,
CA -0.21 x 10-3
Sehingga Ca = 0.0002146 (Harvald 5.5.24, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 132)
Hal 9 dari 33
Koefisien Tahanan Udara Dan Tahanan Kemudi Koefisien tahanan udara : 103 CAA = 0,07 CAA = 0,07 x 10-3 (Harvald 5.5.24, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 132)
Koefisien karena tahanan kemudi: 103 CAS = 0,04 CAS = 0,04 x 10-3 (Harvald5.5.27, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 132)
Tahanan Total Kapal Koefisien tahanan total di air Koefisien tahanan total kapal atau C T dapat ditentukan dengan menjumlahkan menjumlahkan seluruh koefisien-koefisien koefisien-koefisien tahanan kapal yang ada: CT
= CR + CF + CA + CAS
(Harvald 5.5.27, Tahan dan Prpulsi Kapal, hal 132)
Sehingga: CT = CR + CF + CA + CAS = 0.0017340
Koefisien tahanan total di udara CT = 0,07 x 10-3 Tahanan total kapal Dari data diperoleh : Massa jenis air laut = air laut = 1025 kg/m3 Luas permukaan basah = S = 3958.19 m 2 Kecepatan dinas dinas kapal = v = 15 knots =7.717 m/det.
Sehingga: RT = CT x ( 0,5 x x v2 x S ) = 209.4508314 KN RT = Ctudara x 0.5 x udara x v2 x luasan kompartemen bagian depan = 0.000514312 KN RT total = RT udara + RT air = 209.45 KN Hal 10 dari 33
Kondisi Pelayaran Dinas Karena dari perencanaan telah ditentukan bahwa rute pelayaran kapal adalah Surabaya – Shanghai sejauh 2526 mil laut. Dari kondisi karekteristik daerah pelayaran dinas kapal ini maka diambil harga tambahan untuk jalur pelayaran Asia Timur, yaitu sebesar 15-30%. Dalam perancanaan ini diambil harga tambahan sebesar 15%, sehingga : RT (dinas)
= RT + 15 % RT = 209.45 + ( 15% x 209.45) = 240.87 kN
(Harvald 5.5.27, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 132)
Tahanan Total Dengan Menggunakan Maxsurf – Hull Speed; Grafik Hubungan Hambatan Kapal dan Kecepatan Kapal Penyeberangan Kelas 600 GT 500 y = 2,0821e0,2814x R² = 0,9877
400
) N k ( l a 300 t o T n a t a 200 b m a H
100
0 0,00
4,00
8,00
12,00
16,00
20,00
Vs (knots)
Speed (knots) 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00
Resistance (kN) 1,26 1,72 2,34 3,12 4,05 5,13 6,34 7,69 9,17 10,78 12,51 14,36
Hal 11 dari 33
6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00 10,50 11,00 11,50 12,00 12,50 13,00 13,50 14,00 14,50 15,00 15,50 16,00 16,50 17,00 17,50 18,00 18,50 19,00 19,50 20,00
16,34 18,45 20,73 23,19 25,90 28,92 32,33 36,19 40,68 46,39 53,46 61,67 70,34 78,96 87,74 97,52 109,42 124,72 144,77 171,00 204,82 247,66 291,74 335,93 380,24 424,67 469,22 513,88
2.2. 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.
Hal 12 dari 33
Ada beberapa pengertian mengenai daya yang sering digunakan didalam melakukan estimasi terhadap kebutuhan daya pada sistem penggerak kapal, antara lain : (i) Daya Efektif (Effective Power-PE); (ii) Daya Dorong (Thrust Power-PT); (iii) Daya yang disalurkan disalurkan (Delivered Power-PD); (iv) Daya Poros (Shaft Power-PS); (v) Daya Rem (Brake Power-PB); (vi) Daya yang diindikasi ( Indicated Power-PI).
Perhitungan Effective Horse Power (EHP) Effective horse power adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya hambat dari badan kapal ( hull ), ), agar kapal dapat bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain dengan kecepatan servis sebesar VS. Daya Efektif ini merupakan fungsi dari besarnya gaya hambat total dan kecepatan kapal. EHP
= RTdinas x Vs = 1858.69 kW = 2491.54 HP
(Harvald 5.5.27, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 135)
Perhitungan Wake Friction (w) Adalah perbedaan antara kecepatan kapal dengan kecepatan aliran air yang menuju ke baling-baling, perbedaan antara kecepatan kapal dengan kecepatan aliran air akan menghasilkan harga koefisien arus ikut. Didalam perencanaan ini menggunakan single screw propeller , sehingga : w
= 0.5Cb - 0.05 = 0.3145 Hal 13 dari 33
Perhintungan Thrust Deduction Factor (t) Gaya dorong T yang diperlukan untuk mendorong kapal harus lebih besar dari R kapal, selisih antara T dengan R = T – R disebut penambahan tahanan, yang pada prakteknya prakteknya hal ini dianggap sebagai pengurangan pengurangan atau deduksi deduksi dalam gaya dorong baling-baling, baling-baling, kehilangan gaya dorong dorong sebesar (T-R) (T-R) ini dinyatakan dalam fraksi deduksi gaya dorong. Nilai t dapat dihitung apabila nilai w diketahui : t =kxw nilai k adalah antara 0.7-0.9, diambil k= 0,8 = 0.8 x 0.214 = 0.252 (Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Persamaan 47 Hal 159)
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: Va = (1 - w) Vs = 5.2938 m/s (Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Architecture. Figur 21 Hal 161) Pehitungan Efisiensi Propulsif a. Efisiensi Efisiensi Relatif Rotatif (ηrr) Nilai dari ηrr untuk single screw ship antara 1,02 – 1,05. Diambil : 1,05 (Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Architecture. Hal 152) b. Efisiensi Efisiensi Propulsi (ηp) ηp = ηo x ηrr = 0.55 (Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 152) c. Efisiensi Efisiensi Lambung (ηH) Efisiensi lambung (η hull) 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 inipun dapat lebih dari satu, pada
Hal 14 dari 33
umumnya diambil angka sekitar 1,05. Pada efisiensi lambung, tidak terjadi konversi satuan secara langsung. ηH
= (1 - t) / (1 - w) = 1,05
(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Architecture. Tabel 5 Hal 160) d. Perhitungan Koefisien Propulsi (Pc) Koefisien propulsif adalah perkalian antara efisiensi lambung kapal, efisiensi propeller dan efisiensi Relatif-rotatif. Relatif-rotatif. Pc
= ηrr x ηp x ηH = 0.6305
(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 152)
Perhitungan Delivered Horse Power (DHP) DHP
= EHP / Pc = 3951.7535 HP (Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 120)
Perhitungan Thrust Horse Power (THP) Ketika kapal bergerak maju, propeller akan berakselerasi dengan air.Akselerasi tersebut akan meningkatkan momentum air. Berdasarkan hukum kedua newton, gaya ekuivalen dengan peningkatan akselerasi momentum air, disebut thrust . Intinya, THP adalah daya yang dikirimkan propeller ke air. THP
= EHP/ηH = 2372.89 HP
(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Architecture. Hal 120)
Perhitungan Shaft Horse Power (SHP) 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%. SHP
= DHP/ηsηb Hal 15 dari 33
= 4032.7535 HP (Dwi Priyanta Lecturer for PKM 2, Page7-11) Page7- 11)
Perhitungan Power Main Engine a. BHP Scr Karena efek dari Transmition system efficiency( ηG), ηG), kapal ini tidak menggunakan reducion gears, maka nilai ηG=1. (Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 120) BHPscr = SHP/ηG = 4032.7535 HP (Surjo Widodo Adjie, Daya motor yang diinstal,Engine Propeller Matching)
b. 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 = 4744 HP = 3539.03 KW (Surjo Widodo Adjie, Daya motor yang diinstal,Engine Propeller Matching) Oleh karena itu, kapal ini akan menggunakan mesin: Jenis Type Daya Max Jml.Sylinder Bore Piston Stroke RPM SFOC Cycle
MAN B&W S 26 MC 3600 kW 9 260 mm 980 mm 250 RPM 179 gr / kWh 2 strokes engine
Perhitungan Daya Mesin Dengan Menggunakan Kapal Pembanding
Hal 16 dari 33
Pemilihan Mesin Induk
Jenis Type Daya Max Jml.Sylinder Bore Piston Stroke RPM SFOC Cycle
MAN B&W S 26 MC 3600 kW 9 260 mm 980 mm 250 RPM 179 gr / kWh 2 strokes engine
Hal 17 dari 33
BAB III PEMILIHAN PROPELLER DAN PEMERI PEM ERIKSAA KSAAN N KA KAVIT VITASI ASI 3.1. TUJUAN Tujuan dari pemilihan type propeller adalah menentukan karakteristik propeller yang sesuai dengan karakteristik badan kapal(badan kapal yang tercelup ke air) dan besarnya daya yang dibutuhkan sesuai dengan kebutuhan misi kapal. Dengan diperolehnya karakteristik type propeller maka dapat ditentukan efisiensi daya yang ditransmisikan ditransmisikan oleh motor induk ke propeller. Langkah – langkah dalam pemilihan type propeller : 1. Perhitungan dan pemilihan type propeller (Engine Propeller Matching) 2. Perhitungan syarat kavitasi 3. Design dan gambar type propeller.
3.2. DESIGN CONDITION Dalam melakukan perancangan propeller, pertama kali yang harus dipahami adalah mengenai beberapa definisi yang mempunyai korelasi langsung terhadap perancangan, yang mana meliputi Power, Velocities, Forces, dan Efficiencies. Ada tiga parameter utama yang digunakan dalam perancangan propeller, antara lain : Delivered Horse Power (DHP); Rate of Rotation (N); dan Speed of Advance Hal 18 dari 33
(Va), yang selanjutnya disebut sebagai kondisi perancangan(Design Condition) . Adapun definisi dari masing-masing kondisi perancangan adalah sebagai berikut :
a. Delivered Horse Power (DHP) , adalah power yang di-absorb oleh propeller dari Shafting System untuk diubah menjadi Thrust Horse Power (THP). Berdasarkan Berdasarkan perhitungan sebelumnya, digunakan nilai DHP adalah sebesar : DHP = 3951.7535 HP b. Rate of Rotation (N), adalah putaran propeller. Putaran propeller p ropeller direncanakan direncanakan berkisar di 250 RPM, dari putaran main engine sebesar 250 rpm. Dalam perhitungan ini, dicari nilai reduction gears yang yang menghasilkan efisiensi paling tinggi. Oleh karena itu diuji 3 nilai rasio reduction gears sekaligus yaitu: -
Rasio 1,771 Rasio 2,000 Rasio 2,129
c. Speed of Advance (Va), adalah kecepatan aliran fluida pada disk propeller. Harga Va adalah lebih rendah dari Vs (kecepatan servis kapal) yang mana hal ini secara umum disebabkan oleh friction effects dan flow displacement effects dari fluida yang bekerja pada sepanjang lambung kapal hingga disk propeller. Dari perhitungan sebelumnya, telah didapatkan harga Va sebesar : Va = 5.2938 m/s Va = 10.2825 knot
3.3. OPTIMUM DIAMETER & PITCH PROPELLER Prosedur perancangan propeller dengan menggunakan bantuan data yang diturunkan dari pengujian-pengujian model propeller series (Standard Series Open Water Data), adalah dimaksudkan agar nilai diameter dan pitch yang optimal dari propeller yang dirancang tersebut dapat didefinisikan. Adapun prosedur perancangan dengan menggunakan Bp-δ Diagram yang dikembangkan oleh Taylor adalah sebagai berikut : Dari perhitungan tahanan kapal didapatkan didapat : t w Vs ρair laut
= = = = =
0,252 0,3145 15 knot 7.717 m/s 1025 kg/m3
Proses penentuan dan pemilihan type propeller dilakukan dengan pembacaan diagram Bp - setelah melalui langkah-langkah berikut : -
Menentukan nilai BP ( Power Absorbtion )
Hal 19 dari 33
Nilai BP diperoleh dari rumusan : B p
N prop xP 0,5
dimana : Va = ( 1 – w ) V S
V a2 , 5
Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35:
Bp1 = N x P^ -
0.5
2.5
/ Va^
=
56.74464
Pembacaan diagram Bp-1 (pada lampiran) Pada pembacaan diagram Bp-1, nilai Bp harus dikonversikan terlebih dahulu, dengan rumusan:
1 = 0,1739 Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: 0,1739.√Bp1
-
=
1.31
P Menentukan nilai dan 0 (1/J) dari pembacaan BP D 0
diagram (terlampir)
Dengan nilai Bp sebesar 1.31 tersebut, pada diagram Bp-δ ditarik garis hingga memotong maximum efficiency line. Dari titik potong itu kemudian ditarik garis ke kiri sehingga didapatkan nilai (P/D) o sebesar 0,625 dan juga (1/J) o = 2.89 , sehingga: δo
= [(1/J)o]/0,009875 = 292.65823
Catatan : diagram Bp-δ yang digunakan pada Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35 : Sebenarnya (1/J) adalah sama dengan δ, yang membedakan adalah (1/J) menggunakan satuan internasional (SI) sedangkan δ menggunakan satuan British. Pada perhitungan selanjutnya notasi yang akan dipakai seterusnya adalah δ untuk mewakili (1/J).
-
Menentukan nilai Diameter Optimum (D0 ) dari pembacaan diagram diagram BP Nilai Do atau diameter propeller pada kondisi open water dapat dihitung dengan formulasi sebagai berikut : xV D 0 0 a N prop Hal 20 dari 33
Contoh kasus Untuk Untuk tipe Propeller Propeller B3-35 : Do = 11.06 ft -
Menentukan nilai Pitch Propeler (P 0 0 )
Nilai P0 diperoleh dari rumusan : (P/D)o = 0.625 Po = 0.625 Do = 0.625x 11.06 = 6.9125 feet = 2.10693 meter -
Menentukan nilai Diameter Maksimal Maksimal (D (DB )
Nilai DB diperoleh dari rumusan : DB = 0,95 x D0 ( untuk single screw Propeller ) DB = 0,97 x D0 ( untuk twin screw Propeller ) Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35:
= 0,95
-
Db = 10.51 feet = 3.2 m Menentukan nilai B Nilai B diperoleh dari rumusan :
B
N prop xD B V a
Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: δb = 278.02532
-
P D B
Menghitung nilai
Setelah nilai δ B didapatkan, maka nilai tersebut diplotkan ke diagram Bp-δ dan dipotongkan dengan maximum efficiency line seperti pada pembacaan diagram Bp-δ untuk kondisi open water, sehingga diperoleh nilai (P/D) B = 0,635 serta efisiensi behind the ship B = 0,524. Dari harga-harga yang telah didapatkan tersebut, maka nilai pitch propeller behind the ship dapat dihitung sebagai berikut : (P/D)B
= 0.635 Hal 21 dari 33
PB
-
= 0.635 x DB = 0.635 x 3.2 = 2.032 meter
Menentukan Effisiensi masing-masing type propeller
Langkah-langkah diatas dilakukan pula untuk masing-masing variasi rasio gearbox sehingga didapat berbagai nilai efisiensi propeller. Dari nilai-nilai diatas, cari efisiensi propeller yang paling tinggi.(Dilihat di Lampiran)
-
Perhitungan Kavitasi
Perhitungan kavitasi perlu dilakukan dengan tujuan untuk memastikan suatu propeller bebas dari kavitasi yang menyebabkan kerusakan fatal terhadap propeller. Perhitungan kavitasi ini dengan menggunakan Diagram Burril’s. Prosedur yang digunakan untuk menghitung angka kavitasi adalah sebagai berikut: 1. Menghitung nilai Ae Ae 2
A0
D = 2
Ae
= A0 x (Ae/A0)
Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: Ao
= 86.700568
Ae
= 30.345199
2. Menghitung nilai Ap Ap Ap = Ad x (1,067 – (0,229 x dimana :
Ad
P D
))
= Ae
Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: Ap
= 27.96568
3. Menghitung nilai ((Vr) Vr)2 (Vr)2
= Va2 + (0,7 x x n x D) 2
dimana : Va n D
= speed speed advance (m/s) = putaran propeller (rps) = Diameter behind the ship (m) Hal 22 dari 33
Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: Vr2
= 884.22064
4. Menghitung nilai T T
=
EHP (1 t ) xVs
dimana : EHP Vs T
= Effective Horse Power = Kecepatan Dinas = Thrust Deduction Factor
Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: T
= 308.3928
5. Menghitung nilai τC τC τC =
T Apx 0 , 5 x x (Vr ) 2
Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: τC1
= 0.02
6. Menghitung nilai σ 0.7R σ0,7R = dimana:
H VA n D
= = = =
188,2 19,62 H Va 2
4,836n 2 D 2
tinggi sumbu poros dari base line ( m ) speed of a advance dvance ( m/s ) putaran propeller ( RPS ) diameter propeller ( m )
Nilai σ 0.7R tersebut di plotkan pada Burrill Diagram untuk memperoleh τC diagram (pada lampiran). Untuk syarat terjadinya kavitasi adalah τC diagram > τC hitungan . Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35 : H
= 9.31 - 2,89 = 5.881 m
σ 0.7R
= 0.30 Hal 23 dari 33
Masukkan nilai , ke diagram burill sehingga akan diperoleh nilai τC diagram.
Untuk σ 0.7R = 0.30 didapat didapat nilai τC diagram sebesar sebesar 0.14. Setelah didapat nilai τ c diagram selanjutnya dicek dengan syarat kavitasi untuk menentukan apakah propeller yang dipilih mengalami kavitasi atau tidak. Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35: τC
τ C max
0.02< 0.14 Propeller yang dipilih telah memenuhi syarat kavitasi karena nilai τ c lebih kecil dari nilai τc max, hal ini berarti bahwa propeller tersebut bebas dari kavitasi.
-
Perhitungan Clearance Propeller Berdasarkan aturan yang berlaku, ruang/space aman yang tersedia untuk propeller adalah 0,6T ~ 0,7T dimana T adalah sarat air kapal. Referensi lain menyebutkan bahwa ukuran yang perlu dipertimbangkan untuk ruang aman propeller pada lambung lambung kapal adalah : 0,6T 0,7T 0,04 D + 0,08 D + D, dimana D = diameter propeller Pada perencanaan awal dalam Tugas Rencana Garis diambil diameter maksimal adalah 0,7T. Contoh kasus kasus Untuk tipe tipe Propeller Propeller B3-35 : D + 0,08 D + 0,04 D 3.2+ (0.08 x 3.2) + (0,04 x 3.2) 3.584
≤ 0,7 T ≤ 0.7 x 9.31 ≤ 6.517 m
(memenuhi)
Hal 24 dari 33
Catatan : D yang digunakan dalam perhitungan diatas adalah dipilih diameter behind the ship yang paling besar dari kelima diameter hasil perhitungan untuk masingmasing tipe propeller. Sehingga apabila perhitungan di atas memenuhi, maka untuk diameter yang lain pasti memenuhi. Seluruh langkah-langkah diatas digunakan untuk mencari nilai dari semua variasi rasio gear box dan tipe t ipe propeller yang digunakan.(Terlampir) Maka propeller yang dipilih harus didasarkan atas pertimbangan sebagai berikut : - Propeller yang digunakan tidak boleh melebihi batasan = 6.517 m - Memiliki tingkat effisiensi yang paling tinggi - Tidak mengalami fenomena kavitasi Dari pertimbangan di atas maka spesifikasi propeller yang digunakan adalah sebagai berikut : DATA PROPELLER Type Propeller : B4-40 η propeller : 0.54 P/D : 0,7 Diameter (m) : 3.08 RPM prop : 250 rpm
Hal 25 dari 33
BAB IV ENGINE PROPELLER MA MATCHING TCHING DATA PROPELLER Type Propeller : η propeller P/D Diameter (m) RPM prop
: : : : :
B4 - 40 0,542 0,70 3,08 250 rpm
Tahanan total pada saat clean hull(lambung bersih, tanpa kerak) : Rt trial = 198.44 kN Tahanan total pada saat service(lambung telah ditempeli oleh fouling) : Rt service service = 228.21 kN 1. Menghitung Koefisien α
Rumus :
Rt = 0,5 x ρ x C total x s x Vs2 Rt = α x Vs 2
= Matching) Sehingga : α clean hull α service
(Suryo
Widodo
Adjie,
Engine
Propeller
= 7478,781 = 8601,273
2. Menghitung Koefisien β
=
(1 − )(1 (1 − )
(Suryo Widodo Adjie, Engine Propeller Matching) Sehingga: β = 1.224727 3. Membuat kurva KT – J Sebelum membuat kurva Kt - J,dicari nilai KT terlebih dahulu dengan rumusan:
= Dimana nilai J untuk B4-40 berkisar antara nilai 0 – 1,6. Setelah itu dibuat tabel berikut:
Hal 26 dari 33
Tabel K T - J Clean Hull J
2
J
KT
Kt trial
0
0.00
0.00
0.1
0.01
0.01
0.2
0.04
0.04
0.3
0.09
0.10
0.4
0.16
0.17
0.5
0.25
0.27
0.6
0.36
0.39
0.7
0.49
0.52
0.8
0.64
0.68
0.9
0.81
0.87
1
1.00
1.07
1.1
1.21
1.29
1.2
1.44
1.54
1.3
1.69
1.81
1.4
1.96
2.10
1.5
2.25
2.41
1.6
2.56
2.74
=KT*1.15
Lalu dibuat kurva KT- J. Kurva ini merupakan interaksi lambung kapal dengan propeller.
Diagr Diagram am KtKt- J
t K
0
J
Lalu kurva KT – J tersebut diplotkan ke kurva open water propeller untuk mendapatkan titik operasi propeller. 4. Membuat Kurva Open Water
Hal 27 dari 33
Pada langkah ini, dibutuhkan grafk open water test untuk propeller yang telah dipilih yakni B4-40. Setelah itu dicari nilai masing-masing dari KT, 10KQ, dan η behind the ship. Tentu saja dengan berpatokan pada nilai P/D b yang telah didapat pada waktu pemilihan propeller. Sehingga dari kurva open water B4-40 didapatkan data sebagai berikut : Setelah didapatkan data diatas, maka nilai tersebut diplotkan ke dalam grafik bersama dengan kurva KT – J yang telah didapat di awal. P/Db
0.700
J
KT
10 KQ
η
0
0.28
0.29
0
0.1
0.26
0.27
0.15
0.2
0.23
0.25
0.29
0.3
0.2
0.23
0.415
0.4
0.165
0.2
0.52
0.5
0.13
0.17
0.59
0.6
0.085
0.13
0.615
0.7
0.045
0.09
0.525
0.75
0.02
0.07
0.37
0.8
0
0.045
0
0.85
0
0.025
0
Kurva Open Water Test B4-40 P/Db 0,7 Kt 10Kq
f f E q K 0 1 t K
eff Kt Clean Hull Series5 Series6 Series7
J
Series8
5. Pembacaan Grafik pada Kurva Open Water B Series B4-40 Berdasarkan pembacaan pembacaan grafik, maka didapatkan hasil: a. Titik Operasi Propeller: J = 0,43 KT = 0,15 KQ = 0,0258
Hal 28 dari 33
η
=
0,51
Dimana: J : Koefisien Advance KT : Koefisien Gaya Dorong 10KQ : Koefisien Torsi η : Efisiensi Efisiensi Propeller behind the ship Dengan diketahuinya nilai efisiensi propeller yang baru maka dapat dikoreksi kembali besarnya kebutuhan daya motor penggerak utama. a. Perhitungan Effective Horse Power EHP = 2234.68 hp b. Perhitungan Koefisien Propulsif 1. Efisiensi relatif rotatif (η rr) Pada kapal yang menggunakan single screw, niliai efisiensi relatif rotatif berkisar antara 1,02 – 1,05. Pada perencanaan perencanaan ini diambil nilai η rr = 1,05 2. efisiensi propeller (η p) Nilai efisiensi propeller sebesar 0,51 3. koefisien propulsif (PC) efisiensi propulsif adalah nilai efisiensi yang didapat dengan mengalikan antara Efisiensi relatif rotatif, Efisiensi propeller dan efisiensi efisiensi lambung. Pc = ηrr x ηp x ηhull = 1,05 x 0,51 0,51 x 1,05 = 0.586 c. Perhitungan Delivered Horse Power DHP
= EHP / Pc = 3811.42 hp
d. Perhitungan Shaft Horse Power Kerugian transmisi poros umumnya diambil 2% untuk kamar mesin di belakang dan 3% untuk kamar mesin di tengah. SHP = DHP / ηsηb = 3889.20 hp e. Perhitungan Daya Penggerak Utama Pada perhitungan daya penggerak utama kapal, harga efisiensi reduction gears adalah: ηg = 98% untuk single reduction gears ηg = 99% untuk reversing reduction gears Daya pada perhitungan ini adalah daya untuk bergerak maju, sehingga : BHPscr = SHP/ηg = 3889.20 hp HPmcr = BHPmcr/0.9 Hal 29 dari 33
= 4321.33 hp = 3222.42 kW Oleh karena itu, maka akan digunakan engine : max engine HP = 3600 hp rpm engine = 250 rpm propeller = 250
6. Membuat Tabel Clean Hull Condition dan Service Condition a. Menghitung Putaran Engine Putaran Engine dari mesin yang dipilih adalah 250 RPM. Dalam tabel Clean Hull Condition dan Service Condition, pembagian skala dari putaran engine dibuat per kelipatan 10 sampai dengan 250 RPM. b. Menghitung putaran Propeller Menghitung putaran propeller dapat dilakukan dengan membagi putaran engine dengan rasio gearbox. c. Menghitung Torsi(Q) Dalam menghitung torsi atau torque(Q) kita dapat menggunakan rumus:
= ........(Dwi Priyanta Lecturer for PKM 2) Q 250rpm 250rpm = 121.32024...(pada clean hull condition)
d. Menghitung Delivered Horse Power Dengan mengetahui nilai torsi maka kita dapat mencari nilai delivered horse power(DHP).
Rumusnya adalah:
= 2 ...(S.W.Adjie, Engine Propeller Matching) DHP250RPM= 2842.17589 kW...(pada Clean hull con dition)
e. Menghitung Brake Horse Power Dengan mengetahui nilai DHP maka kita dapat mencari nilai Brake horse power(BHP). Hal 30 dari 33
Rumusnya adalah:
=
0,980,980,85
(S.W.Adjie, Engine Propeller Matching)
BHP250RPM= 2900.176 kW...(pada kondisi kondisi Clean hull) hull)
f.
Menghitung Persentase RPM Rumusnya adalah:
% =
100%
%237.33rpm = 94.93%
g. Menghitung Persentase Power Rumusnya adalah:
% =
100%
Contoh soal:
% = 0,01%237.33rpm= 78,55 %...(pada Clean Hull condition) n-engine
npropeller
npropeller
(rpm)
(rpm)
(rps)
0
0
0.00
10
10
20
DHP
SHP
BHPSCR
RPM
BHPSCR
(KW)
(KW)
(KW)
(%)
(%)
0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.17
0.20
0.21
0.22
0.22
4.00
0.01
20
0.33
0.81
1.70
1.74
1.74
8.00
0.05
30
30
0.50
1.83
5.75
5.87
5.87
12.00
0.16
40
40
0.67
3.26
13.64
13.92 13.92
13.92
16.00
0.39
50
50
0.83
5.09
26.64
27.18 27.18
27.18
20.00
0.76
60
60
1.00
7.33
46.03
46.97 46.97
46.97
24.00
1.30
70
70
1.17
9.98
73.10
74.59 74.59
74.59
28.00
2.07
80
80
1.33
13.03
109.11
111.34
111.34
32.00
3.09
Q
Hal 31 dari 33
90
90
1.50
16.49
155.36
158.53
158.53
36.00
4.40
100
100
1.67
20.36
213.11
217.46
217.46
40.00
6.04
110
110
1.83
24.64
283.65
289.44
289.44
44.00
8.04
120
120
2.00
29.32
368.25
375.77
375.77
48.00 4 8.00
10.44
130
130
2.17
34.41
468.20
477.76
477.76
52.00 5 2.00
13.27
140
140
2.33
39.91
584.77
596.71
596.71
56.00 5 6.00
16.58
150
150
2.50
45.81
719.24
733.92
733.92
60.00 6 0.00
20.39
160
160
2.67
52.12
872.90
890.71
890.71
64.00 6 4.00
24.74
170
170
2.83
58.84
1047.01
1068.38
1068.38
68.00
29.68
180
180
3.00
65.97
1242.86
1268.22
1268.22
72.00
35.23
190
190
3.17
73.50
1461.72
1491.55
1491.55
76.00
41.43
200
200
3.33
81.44
1704.88
1739.67
1739.67
80.00
48.32
210
210
3.50
89.79
1973.61
2013.89
2013.89
84.00
55.94
220
220
3.67
98.55
2269.19
2315.50
2315.50
88.00
64.32
230
230
3.83
107.71
2592.90
2645.82
2645.82
92.00
73.50
239
239
3.99
116.73
2925.40
2985.10
2985.10
95.78
82.92
240
240
4.00
117.28
2946.03
3006.15
3006.15
96.00
83.50
250
250
4.17
127.25
3329.84
3397.79
3397.79
100.00
94.38
n-engine (rpm)
n (propeller)
BHP (KW)
BHP (KW)
(rpm)
(rps)
%
(clean hull)
%
(rough hull)
%
0
0
0.000
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
10
10
0.167
4.18
0.22
0.01
0.23
0.01
20
20
0.333
8.35
1.74
0.05
1.83
0.05
30
30
0.500
12.53
5.87
0.16
6.16
0.17
40
40
0.667
16.71
13.92
0.39
14.61
0.41
50
50
0.833
20.88
27.18
0.76
28.54
0.79
60
60
1.000
25.06
46.97
1.30
49.32
1.37
70
70
1.167
29.24
74.59
2.07
78.32
2.18
80
80
1.333
33.41
111.34
3.09
116.91
3.25
90
90
1.500
37.59
158.53
4.40
166.45
4.62
100
100
1.667
41.76
217.46
6.04
228.33
6.34
110
110
1.833
45.94
289.44
8.04
303.91
8.44
120
120
2.000
50.12
375.77
10.44
394.56
10.96
130
130
2.167
54.29
477.76
13.27
501.64
13.93
140
140
2.333
58.47
596.71
16.58
626.54
17.40
150
150
2.500
62.65
733.92
20.39
770.62
21.41
160
160
2.667
66.82
890.71
24.74
935.25
25.98
170
170
2.833
71.00
1068.38
29.68
1121.79
31.16
180
180
3.000
75.18
1268.22
35.23
1331.63
36.99
190
190
3.167
79.35
1491.55
41.43
1566.13
43.50
200
200
3.333
83.53
1739.67
48.32
1826.65
50.74
210
210
3.500
87.71
2013.89
55.94
2114.58
58.74
220
220
3.667
91.88
2315.50
64.32
2431.28
67.54
Hal 32 dari 33
230
230
3.833
96.06
2645.82
73.50
2778.11
77.17
239.4385
3.991
100.00
2985.10
82.92
3134.35
87.07
240
240
4.000
100.23
3006.15
83.50
3156.46
87.68
250
250
4.167
104.41
3397.79
94.38
3567.68
99.10
239.44
Kurva Engine Envelop didapatkan dari tabel:
Engine Type Bore
260 mm
Stroke
980 mm
LayOut Point
Engine Speed
Power
L1
250
3600
L3
212
3060
L2
250
2880
L4
212
2430
Dari semua data-data diatas, maka kita dapat membuat Kurva Engine Propeller Matching : Kurva EPM:perbandingan antara Power Vs RPM engine
ENGINE PROPELLER MATCHING
L1-L3
) W K ( P H B
L2-L4 L1-L2 L3-L4 Clean Hull Rough Hull
rpm
Hal 33 dari 33
