WINDLASS (MESIN DEREK)
Setiap kapal niaga pelayaran besar selalu dilengkapi dengan windlass yang dijalankan dengan uap, listrik atau hidrolik (biasanya untuk derek tunggal). Windlass dibuat sedemikian rupa sehingga memenuhi persyaratan sebagai berikut: Mampu menarik jangkar beserta rantainya meskipun jangkarnya tertancap dalam didasar laut.
1
Dapat menarik setiap rantai, maupun kedua-duanya dalam waktu yang bersamaan.
2
Dapat mengarea (melepaskan ) setiap rantai maupun kedua-duanya dalam waktu yang bersamaan.
3
Kecepatan pada waktu melepaskan harus dapat diatur pada setiap sisi rantai (kiri atau kanan).
4
Dapat menarik rantai dan bersamaan dengan itu melepaskan yang lainnya.
5
Gambar mekanis horisontal windlass
Pada gambar tersebut terlihat pada bagian yang berputar terdapat sebuah kabel pengangkat (cable lifter) yang bentuknya pas sesuai dengan rantai jangkar (anchor cable), cable), sebuah drum tambat (mooring drum) yang digunakan untuk melepaskan tali tambat (mooring wire), dan sebuah tali tunda (warp end) yang digunakan selama proses pemindahan/penambatan kapal.
Masing-masing dari bagian tersebut akan digerakkan oleh motor dengan pentransmisian tenaga melalui kopling yang disebut sebagai dog clucth, sehingga dapat dikendalikan bagian mana dari windlas yang akan digunakan apakah cable lifter (untuk menurunkan atau menaikkan jangkar) ataukah mooring drum maupun tali tunda (warp end). Selain dilengkapi oleh warp end yang sering kali digerakkan bersamaan dengan mooring drum. Peralatan ini juga dilengkapi dengan band brake untuk menahan pergerakan cable lifter dan mooring drum apabila mesin mati, sehingga jangkar maupun tali tambat tidak akan telulur atau tertarik. Posisi dari unit cable lifter ini diatur sedemikian rupa sehingga dapat menjangkau chain locker (kotak dimana rantai disimpan yang di bawah almari tersebut terdapat mud box/kotak lumpur yang berfungsi untuk mengumpulkan kotoran setelah rantai jangkar dibersihkan dengan semprotan air laut) Kegunaan utama dari windlass adalah sebagai penghubung atau penarik tali (rantai) jangakar. Windlass mempunyai kemampuan untuk mengangkat jangkar pada kecepatan rata-rata 5-6 fathoms/menit dari kedalaman 30-60 fathoms. Pemilihan windllas dilihat dari segi ukurannya tergantung dari beberapa hal antara lain ; - Ukuran kapal - Service dari kapal - Berat jangkar dan rantai jangkar - Kerugian akibat gelombang air - Kerugian akibat gesekan dari hawspipe (30%-40%) Pada beberapa kapal, windlass digunakan sebagai alat emergency dan dapat dikombinasikan dengan mooring winch dan warping head pada kapal container, tanker, ro-ro, dan kapal penumpang. Untuk memenuhi persaratan derek jangkar setiap pabrik mempunyai bentuk sendirisendiri dalam pelaksanaannya. Pada gambar di bawah ini terlihat gambar derek jangkar dengan tenaga penggerak listrik.
Bagian-bagian derek jangkar antara lain terdiri dari : 1
Mesin/motor yang digerakan oleh diesel/elektik,
Spil/wildcat merupakan gulungan/thromol yang dapat menyangkutkan rantai jangkar pada saat melewatinya,
2
Kopling atau peralatan yang dapat melepaskan atau menhubungkan spil dengan mesin,
3
4
Band rem untuk mengendalikan spil apabila tidak dihubungkan dengan
mesin, 5
Roda-roda gigi, dihubungkan dengan poros,
Tromol/gypsies, untuk melayani tros kapal dipasang pada ujung-ujung dari poros utama.
6
Dasarnya hampir sama dengan derek jangkar dengan tenaga uap di sini perputaran dari roses antaranya disebabkan oleh sebuah ultra motor, melalui poros cacing (worm gear) antara poros motor dan poros cacing terdapat slip coupling, di mana akan memutuskan arus bila motornya mendapat beban yang terlalu besar, sehingga dengan demikian kumparannya tidak sampai terbakar.
Gambar Anchor dan Mooring Winch
Keterangan Gambar :
Main Shaft Gear Box Electric Motor Warping Drum Drum (Storage Part) Drum (Working Part) Gypsy Wheel Control Lever for the band brake Clutch with Control Lever Gambar Kopling Pooros inti pada posisi menyambung dan putus
Selama dalam keadaan bekerja seperti biasa, maka gerak penggeseran dari poros ulir itu tertahan oleh per yang cukup kuat. Besar kecilnya kebutuhan daya windlass sangat ditentukan oleh bobot jangkar dan kecepatan penarikan jangkar. Penentuan daya penarikan dihitung ketika windlass tersebut dibebani oleh 2 jangkar yang ditarik secara bersama sama.
Gambar Winch yang dipasang di buritan kapal
Gambar winch yang sedang bekerja menggululng tali tambat. Perhatikan posisi penggulungan gipsy winch rantai jangkar yang tidak ikut bergerak ketika gipsy winch tali tambat menggulung/berputar.
Gambar nama komponen windlass
Fungsi dari Warping Drum ialah untuk menggulung tali tambat cadangan, menyusun tali tersebut dan mengencangkan tali pada bollard. Selain itu juga berfungsi untuk menggerakkan kapal ketika kapal di pelabuhan pada jarak yang pendek. Jika warping drum tidak digunakan, maka gipsy penggulung dan drum penggulung tidak boleh di hubungkan ke poros utama yang mana poros tersebut berhubungan dengan gipsy rantai jangkar .
2. Type Windlass
2.1
Horizontal windlass
Adalah type windlass yang mempunyai poros (poros dari wildcat, gearbox utama, dan gypsy head) yang horizontal dengan deck kapal. Windlass horizontal digerakan oleh motor hidrolis dan motor listrik ataupun oleh mesin uap. Windlass jenis ini lebih murah dalam pemasangannya tapi dibutuhkan perawatan yang lebih sulit karena permesinannya yang berada diatas deck dan terkena langsung dengan udara luar dan gelombang. 2.2
Vertikal windlass
Vertikal windlass adalah type windlass yang mempunyai sumbu poros dari wildcat yang arahnya vertikal terhadap deck kapal. Biasanya motor penggerak dilengkapi gigi, rem dan permesinan lain yang letaknya dibawah deck cuaca dan hanya wildcat dan alat control saja yang berada diatas deck cuaca. Hal itu memberikan keuntungan, yaitu terlindunginya permesinan dari cuaca. Keuntungan lainnya adalah mengurangi masalah dari relative deck defleksion dan menyerdehanakan instalasi dan pelurusan dari windlass. Untuk mneggulung tali tambat (warping), sebuah capstan disambungkan pada poros utama diatas windlass. Windlass vertikal mempunyai fleksibilitas yang tinggi dalam menarik jangkar dan pengaturan mooring.
3. Pertimbangan-pertimbangan dalam desain 3.1
Kesesuaian wildcat dan rantai jangkar
Besarnya diameter pitch dari wildcat tergantung dari besarnya ukuran rantai jangkar dan jumlah whelps pada wildcat. Ukuran dari rantai dan wildcat sangat penting, biasanya ukuran akhir dari rantai atau tegangan yang dialami digunakan sebagai patokan dalam pemasangan rantai yang baru maka harus ada toleransi ukuran rantai karena tegangan. 3.2 Untuk horizontal windlass, pipa rantai yang membawa rantai kedalam chain locker harus berada dibawah windlass 3.3 Rem windlass harus dapat menghentikan rantai dan jangkar dalam waktu dua detik setelah rem diaktifkan. Dalam periode waktu tersebut , rem mengabsorbsi seluruh energi kinetik yang dihasilkan olegh rantai dan jangkar, dan permukaan rem biasanya menjadi panas, oleh karena itu harus digunakan material yang kuat. Untuk hasil yang maksimum, maka rem harus mengelilingi ‘Brake Drum’ denga sudut mendekati 360 derajat. 3.4 Chain count (penghitung rantai) dapat dipasang pada windlass sebagai pengukur panjang rantai yang telah dilepaskan. Hasil pengukuran tesebut dimunculkan pada wheel house sehingga jika kedalaman laut diketahui, maka dapat dipastikan keamanan penggunaan jangkar.
4. Daya penggerak windlass 4.1
Windlass bertenaga uap
Tipe ini biasanya untuk menggerakan windlass tipe horizontal, dimana seluruh komponennya berada diatas deck cuaca. Type ini umum dijumpai pada kapal tanker karena pada umumnya kapal tanker memiliki boiler. Keuntungan windlass bertenaga uap adalah lebih simple dan mengurangi kemungkinan bahaya kebakaran pada kapal tanker, dan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi.
4.2
Sistem penggerak bertenaga listrik dan electrical hydraulic system
Sistem penggerak listrik yang umum digunakan adalah motor DC, sebab mempermudah pengontrolan kecepatan. Sedang pada electric hydraulic system dimungkinkan kontrol penuh pada kecepatan penarikan dan menjamin keamanan terhadap hentakan pada poros transmisi dan roda gigi. Pada beberapa kapal, kedua system ini digunakan bersamaan pada wildcat ataupun wildcat-capstan. Kombinasi ini berfungsi sebagai emergency jika salah satu rusak atau tidak berfungsi, maka yang lain dapat menggantikannya.
5. Perhitungan daya windlass a. Penentuan panjang rantai Z = Ñ2/3 + 2.h.B + A/10 Dimana ; Ñ
= displacement kapal (ton) = Lpp . B .T. Cb .γ air laut (ton)
h = tinggi efektif yang diukur dari garis muat sampai puncak teratas rumah geladak (m) h = fb +Σh’ dan fb = H – T, maka h = (H –T ) + Σh’ Σh’ = Penjumlahan tinggi bangunan atas dan rumah geladak
A = luas proyeksi lambung kapal bangunan atas rumah geladak diatas garis muat musim panas dalam batas panjang L sampai tinggi h. Dari tabel diperoleh : 1
Jumlah jangkar
2
Berat tap jangkar
3
Panjang rantai jangkar dan diameter
4
Jumlah tali tarik – tali tambat,
5
panjang dan beban putus tali
b. Gaya tarik jangkar (Tcl) Untuk mengangkat 2 buah jangkar diperlukan gaya sebesar ; Tcl = 2,35 (Ga + Pa.La)
Dimana ; Ga = berat jangkar (kg) La = panjang rantai jangkar yang menggantung (m) Pa = berat rantai jangkar per meter. (kg) c. Torsi pada kabel lifter (Mcl) Mcl = Tcl x Dcl/(2hcl) (kg.m) Dimana ; Dcl
= diameter efektif kabel lifter
= 2 Rcl = 13,6 dm/m = 0,013 dm
hcl = efisiensi kabel lifter (0,9-0,92)
d. Torsi pada poros motor Windlass(Mm)
Mm = Mcl /(Ia x ha)
Dimana ;
Ia = perbandingan putaran poros motor windlass (Nm) dengan putaran kabel Lifter (Ncm).
Ia = Nm/Ncm, dimana ;
ncm = putaran kabel lifter
Ia = (π Nm . Dcl)/60 Va
Va = Kecepatan tarik rantai jangkar (Va = 0,2 m/dt)
ha = efisiensi total peralatan (kabel lifter, shaft bearing, poros roda gigi, poros cacing). Besarnya ( 0,70 – 0.85).
Nm = Putaran motor (523 – 1160) rpm
e. Daya motor penggerak windlass (Ne)
Ne = (Mm x Nm)/716,2
(HP)
6. Prinsip Pengoperasian Windlass dan Capstan
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengoperasian windlass adalah;
Periksalah apakah kerja dari lat terhalang obyek asing. Berikan minyak pelumas pada semua tempat pelumasan, tempatkan semua minyak dan mangkok pelumas sesuai dengan aturan kerja dan periksa pula permukaan minyak pelumas transmisi roda gigi. Buka katup-katup penghembus dari silinder dan katup saluran uap masuk. Buka katup-katup pada sluran pipa pengisian uap masuk dari windlass atau capstan dan keluarkan uap sisa yang habis dipakai. Pasang ban rem dan lepaskan penarik-penarik kabel dari bagian penggerak. Periksa apakah kopling-kopling sudah terkait dengan benar. Periksa apakah penggerak dengan tangan terlepas sebagaimana mestinya. Buka penuh katup pembuangan uap, goncangkan katup pemasukan uap dan mulai penghembusan dan pemanasan silinder-silinder windlass atau capstan. Setelah pemanasan pendahuluan, yakinkan bahwa mesin dapat digerakan sendiri dengan memutar porosnya bebrapa putaran ke masing- masing arah. Apabila tidak ada suatu letusan terdengar, maka windlass atau capstan siap bekerja. Selama operasional mesin, harus dilihat pengisian pelumas dan didengarkan suara-
suara yang timbul. Apabila terdengar suara tidak normal, maka windlass harus segera dimatikan untuk diperiksa. Bila windlass dihentikan untuk waktu yang singkat, maka katup uap masuk dan katup uap keluar harus ditutup dan katup penghembus harus dibuka. Apabila windlass atau capstan tidak bekerja untuk jangka waktu lama, maka kotora dari minyak harus dibersihkan, katup-katup harus ditutup dan kerja ban rem dan kopling-kopling harus dicoba.
Kapal biasanya dilengkapi dengan tiga macam jangkar;
Jangkar haluan (bower anchor) Jangkar arus (stream anchor) Kedua macam jangkar tersebut berguna untuk menahan posisi haluan atau buritan. Jangkar cemat (kedges anchor), untuk menarik kapal jika terjadi bahaya. Pengaturan jangkar harus mampu;
Melepaskan jangkar secara cepat sampai kedalaman yang disyaratkan dan dapat menghentikan gerak rantai dengan halus. Mengangkat rantai beserta jangkarnya Dapat menahan kapal pada posisi penjangkaran Siap untuk menyimpan jangkar dan rantainya. CAPSTAN (MESIN PENARIK TALI TAMBAT)
Adalah Drum vertikal yang digerakkan oleh motor untuk penambatan/menarik kapal di dermaga yang akan berlabuh . Macam-macam tenaga motor penggeraknya yaitu : Steam drive. Electric drive. Hydraulic drive. Peletakan motor penggerak capstan yaitu di bawah dek untuk untuk menghindari lingkungan yang beragam dan terlindung dari cuaca.
Capstan adalah terbuat dari caststeel atau steel yang di las. Penggerakkan capstan bisa dengan gear reduksi atau dikopling langsung dengan motornya. Seperti yang tergambar sebagai berikut : Persyaratan CAPSTAN : Dapat digerakkan dua arah. Dapat dioperasikan dengan tangan apabila penggerak utama terganggu. Kecepatan mengulur tali 70-80 fpm, kecepatan menarik (berbeban) ± 30 fpm. Kekuatan motor harus dapat berfungsi pada Full Load. Kekuatan daya tarik 75% dari kekuatan maksimal. Capstan dibuat berdasarkan beberapa komponen pokok, yaitu : Kemampuan/Reliability. Kekasaran. Tahan air. Pertimbangan lain-lain seperti ekonomis, kebisingan, berat dsb adalah hal –hal yang dinomorduakan. Perhitungan pada CAPSTAN. Gaya tarik pada penggulung Warping Winch.
Tw = Rb . 1/5
kg
Dimana :
Rb : Tegangan putus tali tambat.
Kecepatan pada sebuah barrel capstan untuk mengangkat tali tambat dapat dilihat. Pada tabel dibawah ini yang diambil dari the central Marine Research Institut dari Rusia :
Tarikan Barrel capstan (Kg)
Pengangkatan Tali Tambat (m/s) Tenaga yang
digunakan (kg.m/s) 1200 0.3
350
3000 0.25 750 4500 0.2
1000
Ada tiga macam penyusunan Capstan yang umum digunakan. Dalam suatu penyusunan motor, elektrik brake, gear reducer dan capstan head diletakkan semuanya pada weather Deck. Penyusunan yang kedua adalah hanya capstan head yang diletakkan pada weather deck, dengan motor electric brake dan gear reducer tergantung dibawah weather deck. Penyusunan ketiga adalah hanya capstan head yang diletakkan di weather deck dengan motor, brake dan gear reducer berada di deck di bawahnya.
Keuntungan penyusunan dengan cara pertama, semua bagian dapat dirangkai oleh pembuat mesin untuk dipasang ditempat yang diinginkan oleh perencana/pembuat kapal. sedang kerugiannya bahwa motor dan brake harus menggunakan konstruksi yang kedap air, dan penempatannya yang menyusahkan.
Susunan yang kedua mempunyai keuntungan motor dan remnya diluar weather deck. Sehingga merupakan konstruksi yang tahan terhadap air. Susunan yang ketiga mempunyai masalah meluruskan mesin penggerak dengan capstan head. Dan juga memerlukan instalasi fleksibel kopling yang dapat menyesuaikan ketidaklurusan .
capstan head biasanya berbentuk seperti tong. Gear reducer biasanya terdiri dari roda reduksi dan gulungan dan sebuah taji, helix, atau reduksi tulang ikan. Biasanya lebih banyak digunakan roda reduksi dan gulungan dari pada reduksi yang lain dengan keuntungan effisiensi yang lebih tinggi. Semua bantalan yang ada di reducer harus berbentuk bola atau bertipe roler. Karena diperlukan untuk akurasi pelurusan dari gear gulung.
Untuk kapal dagang biasanya ketika capstan menanggung beban tertentu ditekankan untuk tidak melebihi 40 % diri yield point dari material. Motor capstan seharusnya reversibel dan biasanya terdiri dari 2 kecepatan (penuh dan seper empat), daya konstan dan bertipe sangkar tupai. Sebuah brake seharusnya ada pada poros motor. Capstan biasanya dirancang untuk kecepatan kira-kira 30 – 35 FPM, ini kira kira sama dengan kecepatan manusia untuk melilitkan tali pada
kapstan. Jika motor berkecepatan penuh dan seperempat seperti disebutkan diatas akan menghasilkan kecepatan 120 – 140 FPM.
