Perhitungan Kavitasi

Perhitungan Kavitasi Dalam perencanaan suatu propeller haruslah diperkirakan akan terjadinya apa yang disebut kavitasi. Kavitasi terjadi jika pada suatu elemen daun, bila mana tekanannya turun sampai pada “Saturated Water Vapour” pada temperature setempat, maka ditempat tersebut akan timbul butir-butiran kecil kavited seperti uap (vapour cavities). Butiran-butiran itu akan lepas dari tempat terjadinya, akan tetapi begitu meninggalkan tempatnya semula karena tekanannya terlalu besar untuk daerah sekelilingnya, maka butiran-butiran tersebut akan pecah, untuk kemudian disusul oleh butiran-butiran kavitet yang lain dengan kejadian yang sama pula dan demikian untuk seterusnya. Pecahnya butiran-butiran kavitet akan menimbulkan suatu gaya. Walaupun gaya itu kecil, maka bekerja pada suatu titik yang kecil pula, maka tegangan yang terjadi pada daun propeller cukup tinggi. Akibat pecahnya butiran kavitet tersebut akan menyebabkan permukaan daun baling-baling rusak. Peristiwa inilah merupakan sebab utama timbulnya erosi pada permukaan daun propeller. Jika akibat erosi yang disebabkan kavitasi terlalu besar/berat, maka dapat menyebabkan daun propeller rusak dan kemudian patah. Sehingga untuk perencanaan propeller adalah sangat penting untuk mengusahakan resiko kavitasi sekecil mukin. Perhitungan kavitasi dapat mengikuti perhitungan blade area ratio Fa/F minimum untuk kepastian propeller yang mana kavitasi tidak akan terjadi. Untuk perhitungan ini menggunakan data diagram Nw yang berseri B 4-40, B 4-55 dan B 4-70 dengan Pn = 0.613 a. Menentukan konstanta kavitasi = Series Z : 4, Fa/F : 0.40 Z : 4, Fa/F : 0.55 Z : 4, Fa/F : 0.70

D maks 1.221 1.168 1.179

R 0.610328322 0.583921353 0.589717956

1.088256 1.184509 1.162354

b. Perhitungan kavitasi  Untuk propeller tipe B ; Z = 4, Fa/F = 0.40 Didapat dari perhitungan diagram wageningen Koefisien daya dorong nya adalah = 1.088 dan τc = 0.236 Fp’ = = = 0.112 m2 =1.067 – 0.229

= 0.928 = 0.40 F = = 0.4678 Fa = 0.40 x 0.4678 = 0.187 m2 = 0.928 Fp = 0.928 x 0.187 = 0.174 m2  Untuk propeller tipe B ; Z = 4, Fa/F = 0.55 Didapat dari perhitungan diagram wageningen Koefisien daya dorong nya adalah = 1.185 dan τc = 0.246 Fp’ = = = 0.088 m2 =1.067 – 0.229 = 0.896 = 0.55 F = = 0.589 Fa = 0.40 x 0.589 = 0.324 m2 = 0.896 Fp = 0.896 x 0.324 = 0.290 m2  Untuk propeller tipe B ; Z = 4, Fa/F = 0.70 Didapat dari perhitungan diagram wageningen Koefisien daya dorong nya adalah = 1.162 dan τc = 0.244 Fp’ = = = 0.07 m2 =1.067 – 0.229 = 0.896 = 0.55 F = = 0.764 Fa = 0.40 x 0.764 = 0.535 m2 = 0.896 Fp = 0.896 x 0.535 = 0.480 m2 Dari data diatas kenudian dibuat optimum propeller curve Harga-harga Fp dan Fp’ yang didapat, di buat suatu grafik terhadap harga Fa/F. hasil perpotongan antar garis Fp Fp’ merupakan hasil dari harga Fa/F yang dikehendaki. Dari hasil perhitungan ini maka diperoleh suatu rancangan suatu propeller dengan dimensi : Diameter propeller

Dp

Pitch propeller

H

Pitch ratio

= 0.739 m = 0.541 m = 0.732

Blade area ratio

= 0.338

Effesiensi propeller Jumlah daun propeller z

= 0.673 =4

Tahanan Porpulsi Filed under: SISTEM PENDINGIN DIESEL — Tinggalkan komentar Juni 7, 08 PRINSIP DASAR KAVITASI Kavitasi dapat terjadi pada saat propeller menerima beban yang sangat tinggi di bawah kondisi putaran kritis, yang apabila kondisi kritis ini berlanjut akhirnya akan berakibat turunnya gaya dorong/thrust ataupun kecepatan floating body. Dalam penelitian lebih lanjut bahwa kavitasi lebih jauh dapat menimbulkan akibat-akibat buruk pada propeller yaitu terjadinya erosi pada daun propeller. Sehingga tentu saja akibat adanya erosi akan berakibat turunnya efisiensi propeller yang lebih besar. Penelitian terjadinya kavitasi pada propeller, umumnya dipakai suatu unit peralatan untuk percobaan dengan model propeller yang dinamakan “Terowongan Kavitasi/Cavitation Tunnel”. Dengan unit peralatan ini dapat diselidiki terjadinya kavitasi beserta sifat-sifatnya serta sejauh mana kavitasi yang terjadi dapat ditolerir. Melalui suatu percobaan, apabila suatu benda yang bergerak/berputar dalam suatu aliran fluida, maka tekanan lokal fluida pada suatu tempat tertentu dapat merosot sampai mencapai tekanan uap (vapour pressure), hal ini disebut sebagai kejadian kavitasi. Di tempat itulah, fluida tadi berubah menjadi butir-butir gelembung yag sangat kecil akibat temperatur penguapan fluida. Dengan kejadian ini homogenitas aliran fluida terganggu. JENIS-JENIS KAVITASI Laboratorium uji kavitasi membuat sketsa atau memotret pola kavitasi, laboratorium demikian itu sering pula memberikan penjelasan mengenai hasil yang didapat berdasarkan penglihatan mata, yaitu kavitasi uap (cloud), busa (foam), kabut (mist), lembaran (sheet), gelembung, buih (froth), bercak (spot) dan garis (streak) dan sebagainya. Dari segi fisikamengenai proses kavitasi, pembedaan kavitasi menurut jenisnya tidak perlu. Namun demikian pembedaan itu dalam praktek akan ada gunanya. Tidak ada standar nyata yang dapat dipakai untuk menerangkan jenis kavitasi, tetapi tidak dapat dikatakan bahwa penjelasan mengenai bentuk kavitasi harus mencakup keterangan baik mengenai letak, ukuran, struktur dan dinamika kavitasi maupun dinamika aliran yang diacu secara teratur. Letak kavitasi dapat diterangkan sebagai berikut : a. Ujung daun Contoh : Kavitasi ujung (tip cativation), yaitu kavitasi permukaan (surface cavitation) yang terjadi di dekat ujung daun propeller ; kavitasi pusaran (vortex cavitation) yang terjadi di dalam inti tekanan rendah pusaran ujung (tip cortex) propeller.

b. Pangkal daun Contoh : Kavitasi pangkal daun (root cavitation), yaitu kavitasi di dalam daerah tekanan rendah di pangkal daun propeller. c. Celah antara daun dan tabung propeller d. Hub atau Konis Contoh : Kavitasi Hub atau Pusaran Hub (hub vortex cavitation), yaitu kavitasi di dalam pusaran yang ditimbulkan dari daun propeller pada hub. Jika propeller tersebut dianggap sebagai sayap, maka akan diketahui bahwa di sebelah dalam atau di ujung hub pasti juga timbul pusaran. Tetapi karena rendahnya kecepatan penampang hub maka semakin dekat dengan pangkal daun sirkulasinya akan semakin berkurang dan pusarannya akan semakin lemah. Tetapi dalam kondisi beban yang tinggi pusaran demikian itu akan timbul pusaran hub yang menyusur ke belakang. Bentuknya seperti tali yang dipuntir dengan jumlah pilin yang sama dengan jumlah daun propeller. Menurut letak penampang daun propeller tertentu, misalnya penampang di tengah (midchord): a. Tepi depan Tepi ikut : Dalam kaitan ini kavitasi pusaran ikut (trailing vortex cavitation) harus pula disebutkan. Kavitasi ini adalah kavitasi yang terus-menerus ada di dalam inti tekanan rendah pusaran ikut di dalam aliran yang meninggalkan propeller. b. Alas sisi hisap (punggung) Contoh : Kavitasi punggung (back side cavitation) adalah kavitasi yang terjadi pada punggung (sisi hisap) daun propeller. c. Sisi tekanan (muka) Contoh : Kavitasi muka (face cavitation) adalah kavitasi pada sisi tekanan (muka) daun propeller. Kavitasi ini umumnya ditimbulkan akibat kerja propeller sedemikian rupa, sehingga sudut pukul lokal daun propeller itu sangat negatif. d. Antara propeller dan badan kapal : Contoh : Kavitasi putaran antara propeller dan badan kapal (propeller hull vortex cavitation) diartikan sebagai kavitasi pusaran ujung daun propeller yang dalam interval tertentu merentang hingga mencapai permukaan badan kapal.

Kavitasi propeller Secara singkat kavitasi adalha pembentukan gelembung –gelembung pada permukaan daun. Sering terjadi pada bagaian belakang permukaan daun / back side. Kavitasi baru diketahui tahun 1890 oleh charles parson ( inggris ) dari pengalamanya mengenai perahu-perahu kecepatan tinggi. Peristiwa itu ia buktikan pada kapal turbin. Apabila tekanan pada permukaan pungung daun dikurangi sampai suatu harga dibawah tekanan statis fluida maka akan menyebabkan tekanan daun menjadi negatif. Pada kenyataanya tekanan negatif tidak dapat terjadi. Hal ini menyebabkan suatu reaksi lain. Fluida meninggalkan permukaan daun kemudian membentuk gelembung-gelembung / kavitasi . Gelembung – gelembung ini berisi udara atau uap air. Gelembung-gelembung terjadi ditempat puncak lengkungan tekanan rendah. Gelembung – gelembung yang terjadi akan melintasi dan menyusur permukaan daun sampai kebelakang daun dan akan hancur pada daerah yang tekananya tinggi disbanding tekanan yang terjadi pada permukaan punggung daun. Gaya yang terjadi pada proses penghancuran gelembung-gelembung ini kecil tetapi luas permukaan yang dipengaruhi oleh gaya ini lebih kecil disbanding gaya yang mempengaruhinya sehingga akan timbul tekanan yang besar berwujud letusan. Gaya letusan ini menyebabkan ratique / lelah pada daun. Teori lain menyatakan bahwa peletusan atau penghancuran gelembng-gelembung tidak terjadi. Hal ini terjadi adalah gelembung tdi mengecil sampai sangat kecil dan bertekanan sangat tinggi. Tekanan yang sangat tinggi ini menyebabkan ratique pada permukaan daun. Peletusan gelembng kavitasi dapat dikurangi dengan menghindari adanya puncak tekanan rendah yang menyolok pada punggung permukaan daun. Tekanan rendah yang terjadidapat diperbaiki dan puncak yang menyolok dapat diratakan dengan mengurangi beban permukaan daun. Jadi, dengan memperluas permukaan daun dapat mengurangi kavitasi.

- Akibat yang Ditimbulkan Oleh Kavitas propeller • •

Timbul erosi dan getaran yang menyababkan daun retak. Erosi disebabkan oleh aksi mekanis terbentuknya dan terurainya gelembung-gelembung kavitasi. Effisiensi turun. Hal ini disebabkan oleh sifat dari bentuk aerofil tidak dapat lagi menghasilkan gaya propulsi.

- Pencegahan Kavitasi propeller • •

Menambah luas daun baling baling dengan cara memperbesar tiap daunya Hal ini dilakukan untuk mengurangi beban yang dialami oleh daun setiap luas. Mempergunakan type irisan daun yang dapat mengurangi terjadinya puncak tekanan rendah yang menyolok dipermukaan punggung daun. Juga diusahakan agar tekanan rendah yang terjadi dipermukaan daun dapat serat mungkin.

Terowongan kavitasi dipergunakan untuk mempelajari kavitasi. Cara kerjanya sama dengan terowongan angin yang dipakai untuk keperluan aeronautika. Model baling-baling ditempatkan dalam terowongan yang berisi air dengan tekanan fluida yang dapat diatur sehinga model propeller seolah-olah bekerja sesuai dengan kerja propeller yang sebenarnya. Air diputar sepanjang terowongan tertutup. Model propeller yang diuji ditempatkan didalam terowongan dan kecepatan propeller diatur. Model propeller ini dipantau melalui jendela kaca disisi terowongan. Dengan memperguanakan terowongan ini , haraga thrust, torque, effisiensi baling-baling pada berbagai harga slip dan perihal kavitasinya dapat diketahui . Yang penting adalah mengetahui kapan kavitasi mulai terjadi. Hal ini dilihat melalui jendela kaca pemeriksaan. Melalui jendela kaca , baling-baling terlihat seolah diam tidak berputar. Ditempat balingbaling dipasang lampu Stroboskopik yang bersinar dan padam secara bergantian setiap satu kali putaran baling-baling terlihat seolah diam. Terowongan ini dapat juga dipakai pada keadaan tidak berkavitasi. mohon maaf jika postingan acak-acakan, panjang dan tak bermakana. jujur saya hanya copas dari laporan proplusi kapal milik teman, yah laporannya di buat sekitar 3 tahun lalu.sekian postingan saya tentang teori desain propeller kapal Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa. Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada dinding namun bila hal itu terjadi berulangulang maka bisa mengakibatkan terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material bisa rusak oleh kavitasi bila dibiarkan terjadi dalam jangka waktu yang lama. Adanya benda asing yang

masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab akan menyebabkan erosi pada dinding impeller. Bagian dari pompa sentrifugal yang paling rawan terkena kavitasi adalah sisi impeller dekat sisi isap yang bertekanan rendah juga tutup impeller bagian depan yang berhubungan dengan sisi isap. Hammit (Karassik dkk, 1976) menemukan hubungan yang rumit antara kecepatan aliran dengan kerusakan pada pompa akibat kavitasi. Kerusakan tersebut akan meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan aliran.Kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal sangatlah merugikan. Hal-hal yang diakibatkan oleh kavitasi antara lain: terjadinya suara berisik dan getaran (noise and vibration),terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding pipa isap,performansi pompa akan turun,bisa menyebabkan kerusakan pada impeller.Kavitasi sedapat mungkin harus dihindari agar impeller dan komponen-komponen pompa yang lain bisa lebih awet. Caracara yang bisa digunakan untuk menghindari terjadinya kavitasi antara lain : Tekanan sisi isap tidak boleh terlalu rendah (pompa tidak boleh diletakkan jauh di atas permukaan cairan yang dipompa sebab menyebabkan head statisnya besar),Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar (bagian yang mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan rendah. Oleh karena itu besarnya kecepatan aliran harus dibatasi, caranya dengan membatasi diameter pipa isap (tidak boleh terlalu kecil).Menghindari instalasi berupa belokan-belokan tajam (pada belokan yang tajam kecepatan aliran fluida akan meningkat sedangkan tekanan fluida akan turun sehingga menjadi rawan terhadap kavitasi)

Propeller banyak digunakan sebagai alat untuk mendorong kapal perikanan. Propeller ini memiliki beberapa model, antara lain : propeller dengan jumlah daun dua, tiga, empat, lima, enam, serta dapat dijumpai pemakaian dua unit propeller (twin screw), satu unit (single screw) pada kapal perikanan. Bentuk daun propeller dapat dilihat dalam gambar berikut.

Gambar. Bentuk daun propeller (ref.1) Bentuk daun 1. digunakan pada kondisi operasi yang berat, 2. digunakan jika terdapat kebisingan dan getaran pada kapal, 3. digunakan pada putaran tinggi dan diameter propeller kecil, 4.digunakan pada kapal yang memakai nozel, 5. digunakan pada kapal dengan pemakaian nozel dengan tingkat kebisingan dan getaran minimum. Inti dalam mendesain propeller adalah mendapatkan desain propeller yang paling optimal, ini bertujuan agar kecepatan kapal lebih optimal, sebagai hasil kerja dari propellernya. Kecepatan kapal sangat vital bagi kapal perikanan, karena menyangkut kinerja dari alat tangkap, dan menjadi tolak ukur jumlah hasil tangkapan, dengan ongkos operasional seminimal mungkin.

Untuk memperoleh rancangan daun propeller yang optimal, maka dibutuhkan keahlian dan keterampilan seorang desainer kapal dengan dasar pertimbangan hasil penelitian dan datadata eksperimen propeller yang telah dilakukan di laboratorium hydrodinamika. Karena dalam propeller tersebut dipengaruhi oleh banyak parameter atau faktor yang harus dipertimbangkan, disamping itu perlunya penyederhanaan konsep dari berbagai teori tentang desain propeller. Walaupun demikian untuk mendapatkan rancangan propeller secara praktis dapat dilakukan dengan uji coba secara sistematis. Berikut adalah hasil uji coba propeller di laboratorium

hydrodinamika.

Gambar. Bp delta diagram (ref.3) Pemilik kapal selalu menghendaki agar kapalnya dapat dioperasikan seekonomis mungkin, dengan kemampuan motor pengerak maksimum pada laju kisaran nominal kapal harus dapat berlayar dengan kecepatan setinggi mungkin. Namun kondisi operasi kapal akan mempengaruhi efisiensi propeller sehingga parameter dalam mendesain propeler kapal perikanan harus dipertimbangkan antara lain : - Jumlah daun propeler - Garis tengah propeler - Rasio luasan daun propeller - Rasio langkah ulir propeller, dll Efisiensi propeller yang sudah dioperasikan juga dapat berkurang, akibat terjadinya kavitasi, dimana ditandai dengan adanya bopeng-bopeng dipermukaan daun propeler. Kavitasi merupakan kerusakan pada daun propeler, antara lain retak dan patah. Hal ini akan menyebabkan penurunan efisiensi propulsi kapal, kecepatan menurun sehingga hasil tangkapnya berkurang. Oleh karena itu prinsip dasar dalam merancang propeler adalah untuk menghasilkan desain propeler yang optimal dan dapat bekerja pada laju kisaran yang telah ditentukan. PRINSIP KERJA PROPELER Propeler sebagai alat penghasil daya dorong yang dibutuhkan oleh kapal untuk bergerak ke depan, mundur dan manuver terutama saat menebar, dan menarik jaring kembali serta perjalanan menuju fishing ground dengan kecepatan penuh. Dengan prinsip kerja seperti baut dan mur, dimana satu kali putaran propeler akan bergerak maju sejauh P ( pitch propeler) atau sepanjang langkah ulir pada baut dan mur. Namun karena media tempat propeler bekerja

adalah fluida yang tidak dapat dimanfaatkan (fluida cair) maka satu langkah propeler tidak sama panjang dengan langkah ulir yang seharusnya. Pada hakekatnya propeler adalah alat reaksi, dengan mengambil air pada kecepatan tertentu dan membuangnya ke belakang pada kecepatan yang relatif besar. Jika tiap detiknya propeler tersebut bekerja pada air sejumlah W ton dan kecepatan air tersebut adalah a m/detik 2, maka gaya yang akan diberikan pada air tersebut adalah : F = W.a ( k Newton ) Reaksi air pada propeler ini merupakan gaya dorong ke depan (teori momentum). Fenomena diatas terjadi karena pada propeler terdapat aliran sirkulasi yang menghasilkan daya angkat oleh daun propeler. Sirkulasi menimbulkan peningkatan kecepatan setempat, serta penurunan pada punggungnya, terjadi juga penurunan kecepatan setempat yang menaikkan tekanan pada sisi muka daun propeler (lihat gambar 6.7.6, ref 2).

Gambar . Elemen daun propeler ( ref 3) KARAKTERISTIK PROPELER Karakteristik Propeler diperoleh dari hasil penelitian dan eksperimen beberapa seri propeler (seri B) dengan parameter yang dipakai sebagai berikut : - Jumlah daun propeler - Perbandingan luas daun propeler - Rasio langkah propeler - Koefisien gaya dorong - Koefisien torsi - Koefisien beban gaya dorong - Efisiensi propeler - Slip yang terjadi HUBUNGAN PROPELER DENGAN MOTOR INDUK Daya poros propeler (SHP) diperoleh dari mesin penggerak yang dipakai, sedangkan gaya efektif (EHP) yang dibutuhkan untuk mendorong kapal agar bergerak ke depan tergantung dari besarnya tahanan kapal. SHP = EHP /ht ht merupakan efisiensi gaya dorong (efisiensi thrust propeller). ht = EHP THP DHP THP DHP SHP ht = hH hB hS

THP = T. Va merupakan daya dorong DHP = 2 pQn merupakan daya yang disalurkan pada propeler hH = (1 – t)/(1-w) merupakan efisiensi badan kapal t = fraksi deduksi gaya dorong, w = fraksi arus ikut (Taylor) hB = hO hR merupakan efisiensi propeler di belakang kapal. hB = T Va bagi 2 pQn hR merupakan efisiensi relatif rotatif hS merupakan efisiensi poros (biasanya: 0,95; 0,97; 0,99; 0,8). Efisiensi poros diatas tergantung pada panjang poros yang digunakan dan panjang bantalan poros. Efisiensi badan kapal merupakan fraksi deduksi gaya dorong dan fraksi arus ikut.