STUDI ANALISIS KINERJA MESIN PROPULSI PENGGERAK KAPAL HIDROFOIL DENGAN SISTEM MESIN AIR BREATHING DERIVATIVE
GAS TURBINE DAN WATER JET PROPULSION.
Mohammad Ridho
Departemen Teknik Mesin, Program Studi Teknik Perkapalan, Universitas Indonesia, Depok 16424
Email: [email protected] dan [email protected]
Abstrak
Sebuah kapal hydrofoil dengan kecepatan tinggi diperlukan untuk menjadi alat transportasi terkini sebagai sarana transportasi penumpang antar pulau. Ketika kapal meningkatkan kecepatannya, hydrofoil memproduksi gaya angkat sehingga lambungnya terangkat dan keluar dari air dan menyebabkan pengurangan gesekan dan peningkatan dalam kecepatan. Skripsi ini membahas tentang analisis kinerja mesin propulsi kapal hidrofoil dengan menggunakan penggerak waterjet pada kapal hydrofoil dimulai dari perhitungan hambatan, pemilihan mesin penggerak, hingga pemilihan waterjet yang sesuai. Didapatkan dari data perhitungan bahwa main engine yang digunakan untuk menjadi mesin penggerak utama kapal adalah turbin gas yang memiliki daya 4000 kW dan putaran 14200 RPM. Sedangkan untuk pemilihan waterjet, yang digunakan adalah Waterjet dari Wartsilla dengan putaran maksimum 2000 RPM.
Kata kunci: hydrofoil, kinerja mesin, waterjet
ANALYSIS PERFORMANCE OF PROPOLSION ENGINE’S IN HYDROFOIL SHIP WITH AIR BREATHING DERIVATIVE GAS TURBINE AND WATER JET
PROPULSION SYSTEM.
Abstract
An hydrofoil ship with high speed needs to be the latest transportation vehicle on sea. When the ship increases the speed, the hydrofoil produce lift so that the hull of the ship is lifted out of the water and decreases the friction causes the increases of speed. This thesis explains the analysis performance of propulsion engine with the waterjet system as the propulsor starts with drag calculation, prime mover and waterjet selection. From the calculation data, it can be conclude that gas turbine with 4000 kW is the prime mover and waterjet with 2000 RPM maximum speed is the propulsor system.
Keywords: engine performance, hydrofoil, waterjet.
1. Pendahuluan
Indonesia sebagai negara berkembang pada dewasa ini yang mana lebih menitik-
beratkan pembangunannya pada sektor perindustrian dan perdegangan dengan dukungan dari
sektor- sektor lainnya. Namun dengan melihat keadaan geografis negara kita sebagian besar
terdiri dari lautan, maka salah satu sektor yang sangat menunjang pembangunan adalah
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
angkutan laut. Dimana angkutan laut berfungsi menghubungkan antara pulau di Indonesia
yang dapat memperlancar proses pembangunan. Sehingga teknologi dalam hal ini mengenai
teknologi transportasi laut pun semakin perlu untuk dikembangkan.
Kapal hydrofoil adalah kapal dengan kemampuan dapat mengangkat lambung pada
kecepatan tertentu. Sebuah hydrofoil yang terpasang di area bawah lambung kapal berfungsi
memberi gaya angkat dinamis sehingga badan lambung kapal terangkat diatas permukaan
air. Alasan pemakaian dari hydrofoil adalah ketika lambung kapal mulai terangkat dari air
dan berat kapal akan ditopang oleh foil sehingga memperkecil luas hambatan yang terjadi
akibat gaya gesek antara lambung kapal yang tercelup dengan air, foil memberikan efek
meningkatkan gaya angkat pada kapal ketika kecepatan ditambahkan [1]. Selain itu
pemilihan mesin penggerak kapal merupakan salah satu faktor penting dalam mendesain
suatu sistem propulsi pada kapal. Langkah awal yaitu penentuan besarnya tahanan dan
propulsi kapal yang merupakan faktor terpenting dalam mendesain suatu kapal. Kapal yang
bergerak di air akan mengalami tahanan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak kapal.
Untuk melawan tahanan tersebut diperlukan suatu mekanisme penghasil daya dorong yang
efektif, sehingga kapal dapat bergerak maju. Adapun mekanisme penghasil gaya dorong itu
berupa mesin yang akan menyalurkan daya melalui poros untuk diteruskan ke propeller
sehingga nantinya akan menghasilkan daya dorong yang dapat menggerakkan kapal dan
melawan gaya tahanan yang dialami kapal [2].
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 [2]. Dengan
adanya tuntutan-tuntutan tersebut diatas, maka industri perkapalan Indonesia berupaya untuk
memenuhi kebutuhan tersebut. Dalam upaya memajukan teknologi industri perkapalan tentu
terdapat berbagai masalah yang memerlukan penelitian yang lebih mendalam. Salah satu
masalahnya yaitu penentuan besarnya tahanan dan propulsi kapal yang merupakan faktor
terpenting dalam mendesain suatu kapal. Kapal yang bergerak di air akan mengalami tahanan
yang arahnya berlawanan dengan arah gerak kapal. Untuk melawan tahanan tersebut
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
diperlukan suatu mekanisme penghasil daya dorong yang efektif, sehingga kapal dapat
bergerak maju. Adapun mekanisme penghasil gaya dorong itu berupa mesin yang akan
menyalurkan daya melalui poros untuk diteruskan ke propeller sehingga nantinya akan
menghasilkan daya dorong yang dapat menggerakkan kapal dan melawan gaya tahanan yang
dialami kapal.
Propulsi kapal dengan waterjet telah lama dikenal dan digunakan sebagai sistem
penggerak untuk berbagai jenis kapal, namun aplikasi secara luas masih terbentur pada
efficiency propulsive nya yang relatif rendah jika dibandingkan dengan sistem propulsi kapal
yang menggunakan propeller, terutama pada saat kecepatan kapal yang relatif rendah.
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Kapal Hidrofoil
Kapal Hydrofoil adalah sebuah kapal dengan bagian seperti sayap yang dipasang
pada penyangga dibawah lambung kapal sehingga memungkinkan kapal tersebut
terangkat lambungnya di kecepatan tertentu. Ketika kapal meningkatkan kecepatannya,
kapal hydrofoil menghasilkan gaya angkat sehingga lambungnya terangkat dan keluar dari
air. Hal ini akan menyebabkan pengurangan gesekan dan maka dari itu peningkatan pula
terhadap kecepatannya. Hydrofoil awal menggunakan sayap atau foil berbentuk – U.
hydrofoil jenis inidikenal dengan sebutan surface piercing karena sebagian dari hydrofoil
ini akan terangkat diatas permukaan air laut. Sedangkan hydrofoil modern menggunakan
foil berbentuk-T yang secara keseluruhannya berada dalam air. Pada prinsipnya hydrofoil
sama dengan kapal laut, hanya yang membedakkan adalah hydrofoil dapat meluncur
dengan cepat dan mempunyai sayap yang dapat mengangkat lambung kapal di kecepatan
tertentu ke atas air.
2.2 Perhitungan Hambatan
Hambatan kapal sendiri merupakan total dari beberapa komponen hambatan yaitu:
Hambatan gesek, hambatan gelombang, hambatan bentuk, hambatan tambahan. Untuk
dapat melakukan nilai perhitungan hambatan kapal, banyak dijumpai metode-metode
berbasis rumus empiris yang berdasarkan dari percobaan dan penelitian terdahulu. Salah
satu metode yang terkenal adalah metode yang dikembangkan oleh Holtrop dan Menmen
pada tahun 1978.
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
2.3 Siklus Pembangkitan Daya Termal
Pembangkitan daya thermal merupakan suatu siklus pembangkitan daya yang
dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Dengan kata lain pembangkitan daya thermal
adalah suatu jenis usaha konversi energi dari energi kimia bahan bakar menjadi energi
mekanik yang digunakan untuk daya penggerak utama maupun daya bantu (auxillary)
dari sebuah kapal. Untuk memenuhi kebutuhan daya dari kapal tersebut, maka
dirancanglah sistem pembangkitan daya yang sesuai dengan siklus pembangkitan daya
yang menggunakan siklus-siklus thermal yakni diantaranya : Siklus rankine, siklus
brayton, siklus kombinasi.
2.4 Pemilihan Main Engine
Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus
gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun
ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya. Energi ditambahkan di arus gas
di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran
meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui
sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai
kompresor. Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan,
dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat
terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank. Turbin Gas terdiri dari beberapa
bagian yaitu kompresor, ruang pembakaran dan turbin. Bagian – bagian tersebut
kemudian terintegrasi dengan suatu sistem kerja yang secara garis besar digambarkan
pada gambar berikut:
2.5 Jenis – Jenis Alat Penggerak Kapal
Waterjet Propulsion System
Water jet memiliki komponen utama yang lebih kompleks jika dibandingkan
dengan komponen pada sistem propeller. Komponen-komponen tersebut terdiri dari
Reverse, Deflektor, Hand Hole, Screen, Inlet, Nozzle, dan Turbine pump. Inlet merupakan
jalan masuknya air yang dihisap oleh pompa turbin pada sistem waterjet. Pada Inlet ini
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
terdapat screen yang mencegah sampah atau benda lain masuk dan menghambat kerjanya
sistem. Pada bagian Inlet juga terhubung dengan tuas, apabila tuas atau handhooke ditarik
maka screen yang berada pada bagian bawah kapal akan seakan akan merontokkan
sampah atau kotoran tersebut. Setelah air terserap pada sistem, pompa akan bekerja
kembali untuk menambahkan energi pada aliran air dan kemudian menyalurkannya
menuju nozzle untuk dikeluarkan. Aliran yang dikeluarkan oleh noozle ini akan menjadi
daya pendorong untuk kapal. Berbeda dengan prinsip kerja penggerak propeller yang
mempercepat aliran air pada bagian luar, Prinsip kerja sistem penggerak water jet
mempercepat aliran air pada bagian dalam turbin. Ketika kapal berada pada kecepatan
tinggi, maka aliran air yang masuk melalui Inlet juga cepat hal ini dikarenakan Inlet
langsung terhubung dengan aliran air.
2.6 Sistem Propulsi pada Kapal Jetfoil
Pada kapal jetfoil, sistem propulsi yang di gunakan adalah sistem propulsi
waterjet. Sistem propulsi waterjet dipilih karena memberikan keuntungan pada
pengaplikasian saat keadaan hullborne maupun foilborne yang membutuhkan kecepatan
tinggi. Sistem propulsi waterjet memiliki beberapa komponen yang menunjang untuk
menciptakan daya dorong yang tinggi untuk kapal kecepatan tinggi sehingga body kapal
tersebut dapat terangkat keatas permukaan laut. Beberapa komponen tersebut antara lain:
Water intake, ducting, pompa, mesin penggerak, reduction gearbox, nossel, reverser dan
deflector.
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Gambar 1. Sistem propulsi waterjet
3. Metodologi
3.1 Diagram Alir
Setelah mendapatkan data hambatan kapal jetfoil yang akan dirancang untuk dapat
menentukan besaran daya untuk propulsi kapal, langkah selanjutnya adalah merancang
sistem propulsi untuk memenuhi kebutuhan daya kapal tersebut. oleh karena itu dibuatlah
sebuah diagram alur (flowchart) untuk perancangan yang akan dilakukan. Dibawah ini
merupakan diagram alir.
Gambar 2. Diagram Alir Pengerjaan
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
3.2 Pengambilan Data
Berikut ini adalah data kapal pembanding untuk kapal jetfoil: Loa = 25.51 m, B =
5.5 m, H = 3.5 m, T = 1.35 m, Engine power = 4000kW, Engine Type = Gas Turbine,
RPM = 14200, Service speed = 27 knots, Passenger number = 100.
4. Analisis dan Pembahasan
4.1 Perhitungan Hambatan
4.1.1 Perhitungan Angle of Attack di Tiap Kecepatan
Untuk menghitung gaya angkat maupun drag yang akan dihasilkan, salah
satu faktor yang penting adalah angle of attack atau sudut serang. Maka dari itu
telah dilakukan perhitungan melalui software “exfoil” sebagai berikut :
Tabel 1. Nilai cl-cd-cl/cd terrhadap sudut serang
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Gambar 3. Grafik Cl/Cd terhadap sudut serang.
4.1.2 Perhitungan Gaya Angkat (Lift)
Gaya angkat atau lift dapat dihitung sebagai berikut :
L = ½ x p x v2 x AP2 x Cl 1
L = 307.84 kN
Untuk tiap kecepatan, maka gaya lift yang didapat sebagai berikut :
Tabel 2. Gaya angkat pada tiap variasi kecepatan.
4.1.3 Perhitungan Drag pada tiap Kecepatan
Gaya drag dapat dihitung sebagai berikut :
D = ½ x p x v2 x AP2 x Cd 2
D = 124.6895 kN
= 4987.58 kW
Untuk gaya drag pada tiap kecepatan dapat dilihat sebagai berikut:
Tabel 4. Resistance vs Speed
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Gambar 4. Grafik Resistance vs Speed
4.1.4 Perhitungan Hambatan pada kecepatan maksimum.
Dari data perhitungan sebelumnya telah di hitung bahwa hambatan total
yang terjadi pada kecepatan maksimum sebesar 40 knot adalah 124.6895 kN atau
jika di artikan kedalam daya menjadi 4987.58 kW. Maka power yang harus di
balas/lawan oleh ME adalah 115% x 4987.58 kW atau menjadi 5735.717 kW.
4.2 Penentuan Daya Motor Penggerak Utama
Perhitungan daya untuk penentuan kebutuhan engine berdasar pada kecepatan
maksimal kapal yaitu 70 knot. Dengan tahanan yang bekerja pada badan kapal sebesar
102.95 kN.
4.2.1 Perhitungan daya efektif kapal (EHP)
EHP = Rt x Vs 3
Jadi :
EHP = 3439.5379 HP
= 2564.8630 kW
4.2.2 Perhitungan gaya dorong yang dibutuhkan kapal
T = Rt/(1-t) 4
Jadi :
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
T = 124.6895 kN
T = 124.6895 kN / 2
T = 62.34475 kN
T = 14015.723 lbs
4.2.3 Perhitungan DHP awal dengan OPC
DHP1 = (T/z) x (Vs/OPC) 5
Jadi :
DHP1 = 2564.8630 kW
= 3439.53 HP
Daya total 2 engine, 2 waterjet :
DHP2 = DHP1 x 2
= 5129.726 kW
= 6879.07 HP
4.2.4 Perhitungan diameter waterjet
Untuk penentuan nilai diameter inlet pompa waterjet menggunakan
diameter inlet dari pemilihan waterjet dengan nilai DHP yang didapat. Waterjet
yang dipilih pada pilihan wartsilla waterjet dengan input power sebesar 2564.8630
kW dan kecepatan output waterjet sebesar 20 knot adalah 910 size, sehingga dapat
diketahui:
Di = Diameter inlet wartsilla 910 size
Di = 910 mm
= 0.910 m
Lalu dilakukan perhitungan terhadap rasio luasan nozzle sebagai berikut :
Ai = π/4 x Di2 6
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
An = AR x Ai 7
Jadi :
Ai = 0.65 m2
An = 0.078 m2
Lalu dapat diketahui luasan nozzle sebagai berikut:
Dn = 𝑨𝑹 𝒙 𝑫𝒊 8
Jadi :
Dn = 0.33 m
4.2.5 Perhitungan fraksi arus ikut (w)
w = [T/(p . Qj . Vs)] + 1 – JVR 9
Sehingga dapat dihitung nilai Vi, sebagai berikut:
Vi = (1-w) x Vs
= 19.5415 m/s
Setelah diketahui nilai Vi, maka nilai kecepatan aliran outlet (Vj) dapat diketahui,
sebagai berikut :
Vj = 0.5 x [Vi + Vi2+ !!! !"
!
= 39.355 m/s
JVR = Vj / Vs
= 1.91
Kapasitas Aliran yang melewati jet/nozzle (Qj) sebagai berikut :
Qj = An x Vj
= 3.07 m3/s
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Nilai dari fraksi arus ikut dapat dihitung kembali sebagai berikut :
w = [T/(p . Qj . Vs)] + 1 – JVR
w = 0.05
4.2.6 Perhitungan laju aliran massa (m)
m = p x Qj 10
m =3146.75 kg/s
µ = Vs / Vj
µ = 0.52
4.2.7 Perhitungan efisiensi jet ideal dan jet actual
ηjideal = 𝟐 𝐱 !𝟏!!
11
Dengan nilai µ = 0.52,
Jadi :
ηjideal = 0.68
Sehingga dengan persamaan berikut dapat dihitung harga efisiensi jet actual
(ηjactual) untuk system waterjet sebesar:
ηjactual =
11− 𝑤 𝑥
2 µ ( 1− µ )
1+ ψ − [ 1− ζ 𝑥 µ2]+ 2𝑔ℎ𝑗𝑣𝑗2
Jadi :
ηjactual = 0.566
4.2.8 Perhitungan Overall Propulsive Coefficient (OPC)
OPC = ηjactual x ηp x ηrr x ηr(1-t) 12
Jadi :
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
OPC = 0.53
4.2.9 Kebutuhan daya Power Engine pada kecepatan maksimal
Perhitungan DHP
DHP = (T/z) x (Vs/OPC) 13
DHP = 2419.682 kW
Perhitungan SHP
SHP = DHP/ηsηb
SHP = 2469.057 kW
Perhitungan BHPscr
BHPscr = SHP/ηG
BHPscr = 2519.445 kW
Perhitungan BHPmcr
BHPmcr = BHPscr / 85%
BHPmcr = 2964.052 kW
Maka dipilih turbin gas Siemens SGT-AO5 dengan output power 4000 kW.
Sedangkan untuk pemilihan waterjet berdasarkan besar DHP, yang diplot pada
diagram
dari
catalog
Wartsilla waterjet.
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Gambar 5. Grafik Engine Waterjet Matching
4.3 Perhitungan Kecepatan Service
Untuk penentuan kecepatan service kapal, dengan menunjukkan nilai BHP pada
matching point yaitu sebesar 800 kW dan putaran dari gearbox sebesar 1110 RPM.
4.3.1 Perhitungan BHPscr
BHPscr = BHPmcr x 0.85
Jadi :
BHPscr = 595 kW
4.3.2 Perhitungan SHP
SHP = BHPscr x ηG
SHP = 581.3 kW
4.3.3 Perhitungan DHP
DHP = SHP x ηsηb
DHP = 571.438 kW
4.3.4 Perhitungan Vs
DHP = (T/z) x (Vs/OPC)
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Jadi :
T x Vs = 769.75 kW
Metode Savitsky
Vs = 27 knot
4.4 Persyaratan Kavitasi
Untuk menentukan nilai head loss yang masih dapat diterima, maka perlu adanya
nilai NPSH yang telah ditentukan terlebih dahulu.
4.4.1 Perhitungan putaran pompa
Besarnya putaran pompa pada sistem waterjet diketahui dari besaran
putaran ME (Main Engine) yaitu sebagai berikut :
N dari ME = 14800 RPM
Rasio Gearbox = 1 : 8
Jadi :
N Pompa = 1850 RPM
4.4.2 Perhitungan head loss mayor
Re = 𝑽 𝒙 𝑫𝒊𝒗
14
Re = 9359350
Kekasaran relatif saluran = e/D = 0.00051
Berdasarkan diagram moody, untuk nilai head loss mayor adalah:
hL1 = 1.37 m
4.4.3 Perhitungan head loss minor untuk saluran inlet
hL2.1 = 𝑲𝟐 𝒙 𝑽𝒊𝟐
𝟐 𝒙 𝒈 15
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Jadi :
hL2.1 = 0.77 m
4.4.4 Perhitungan head loss minor untuk belokan
h L2.2 = 𝒇 𝒙 𝑳𝒆𝑫𝒆
𝒙 𝑽𝒊𝟐
𝟐 𝒙 𝒈 16
Jadi :
hL2.1 = 0.77 m
4.4.5 Head loss minor untuk pengecilan bertahap
h L2.2 = 𝒇 𝒙 𝑳𝒆𝑫𝒆
𝒙 𝑽𝒊𝟐
𝟐 𝒙 𝒈 17
Jadi :
h L2.2 = 2.53 m
4.4.6 Head loss minor untuk nozzle
Besarnya nilai koefisien kerugian (K2) untuk pengecilan bertahap pada
saluran waterjet, dengan sudut pengecilan penampang antara 15o – 40o adalah
0.05. Sehingga nilai head loss minor untuk pengecilan penampang adalah :
h L2.3 = 𝑲𝟐 𝒙 𝑽𝒊𝟐
𝟐 𝒙 𝒈 18
Jadi :
h L2.3 = 0.968 m
4.4.7 Perhitungan head loss total
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Besarnya nilai koefisien kerugian (K2) untuk nozzle pada waterjet adalah
0.06. Sehingga besarnya head loss minor untuk nozzle adalah :
h L2.4 = 𝑲𝟐 𝒙 𝑽𝒊𝟐
𝟐 𝒙 𝒈 19
Jadi :
h L2.4 = 1.167 m
4.4.8 Perhitungan head pompa
hLT = hL1 + hL2 20
hLT = 6.805 m
4.4.9 Perhitungan putaran spesifik pompa
H = 𝑽𝒋𝟐
𝟐 𝒙 𝒈− 𝑽𝒊𝟐
𝟐 𝒙 𝒈+ 𝒉𝑳𝑻 21
Jadi :
H = 66.285 m
4.4.10 Perhitungan Net Positive Suction Head (NPSH)
Ns = 𝑁 𝑥 !"!!.!"
Jadi :
Ns = 17556.5
Dari nilai putaran spesifik tersebut, maka didapat tipe pompa yang akan digunakan
adalah tipe axial flow dengan nilai Ns>10000
4.4.11 Perhitungan putaran spesifik hisap
NPSH = 𝒏𝒋 𝒂𝒌𝒕𝒖𝒂𝒍 𝒙 𝑽𝒋𝟐
𝟐 𝒙 𝒈− 𝒉𝒋 22
NPSH = 47.94 m = 159.8 ft
4.5 Perhitungan Perencanaan Gearbox
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Dalam pemilihan gearbox menggunakan rasio 1 : 8, dimana pemilihannya dengan
cara memesan di produsen gearbox. Perencanaan awal dalam pemesanan adalah :
Penentuan nilai rasio pada gearbox 1 gear ratio = R = !"#$%&%' !" !"#$!"#$%&%' !" !"#"$#
R= !"#$%& !""!! !"#$!"#$%& !""!! !"#"$#
= !"# !"#"$#!"# !"#$
= !"!!
Maka nilai torsi pada gearbox 1 adalah :
τ = P x 5252 / n 23
= 5880.55 lb-ft
= 7997.54 Nm
Maka nilai torsi pada gearbox 2 adalah :
τ = P x 5252 / n
= 22568.61 lb-ft
= 30693.31 Nm
4.6 Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar
Setelah mengetahui daya yang dibutuhkan untuk menggerakan kapal hydofoil pada
kecepatan tertentu, maka dapat diketahui jumlah konsumsi bahan bakar nya melalui software
“Cycle Tempo” sebagai berikut :
Tabel 5.
Konsumsi Bahan Bakar
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
4.7 Analisis dan Pembahasan
Dari tahanan total sebesar 124.6895 kN dapat diketahui daya yang harus bisa dipenuhi
main engine untuk dapat menggerakan kapal secepat 40 knot. Power yang dibutuhkan
sebesar 2964.052 kW pada kecepatan 40 knot. Dengan nilai daya yang dibutuhkan Main
Engine tersebut, pemilihan Main Engine yang sesuai adalah turbin gas, karena bobotnya
yang ringan, getaran yang ditimbulkan kecil dan ruangan instalasi yang lebih kecil
dibandingkan diesel engine dan turbin uap. Pada turbin gas yang dipilih adalah dengan
power output 4000 kW dan memiliki putaran sebesar 14200 RPM.
Sedangkan untuk mengatasi putaran tinggi yang dihasilkan, dapat menyebabkan kavitasi
pada impeller pompa, maka untuk mengatasi hal tersebut, digunakanlah reduction gearbox
yang dapat mereduksi putaran dengan perbandingan 1 : 8. Untuk sistem transmisinya
menggunakan 2 buah reduction gearbox yang berfungsi untuk menyatukan daya kedua
engine dan membaginya untuk kedua waterjet serta mereduksi putaran dari ME dengan rasio
reduction gearbox 1 adalah 1 : 2, sehingga putaran output reduction gearbox menjadi 7100
RPM dan rasio reduction gearbox kedua 1 : 4 sehingga putaran output menjadi output
menjadi 1850 RPM. Untuk sistem penggeraknya menggunakan Wartsilla waterjet 910 size.
Dengan nilai OPC (Efficiency overall) waterjet sebesar 53%. Pada pemilihan waterjet untuk
Wartsilla waterjet dengan cara memotongkan nilai DHP dan kecepatan yang diinginkan ke
grafik pemilihan waterjet yang menentukan besar diameter nozzle dari waterjet tersebut, yang
nantinya dapat dipergunakan untuk perhitungan kavitasi.
Penentuan ukuran nozzle pada katalog Wartsilla waterjet tersebut diperoleh dari nilai
OPC asumsi untuk mengetahui nilai DHP yaitu sebesar 50%. Untuk konsumsi bahan bakar,
konsumsi bahan bakar dengan trayek pelayaran muara angke – pulang pramuka dengan jarak
38.3 km, maka bahan bakar yang paling banyak dihabiskan adalah sebesar 909.06 kg.
5. Kesimpulan / Ringkasan
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
Berdasarkan perhitungan dan analisis data yang telah dilakukan dalam kinerja mesin
penggerak kapal dan sistem propulsi waterjet pada kapal hydrofoil berkecepatan 40 knot,
dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada kapal hydrofoil, mesin yang dipakai adalah gas turbin dengan spesifikasi sebagai
berikut, pressure ratio = 10.3 : 1, putaran turbin = 14200 RPM, power output = 4000 kW,
bahan bakar yang digunakan = kerosene jet a1.
2. Pada kecepatan 40 knot, Power yang dibutuhkan = 2964.05 kW, fuel consumption =
0.122 kg/s (1108.47 liter), efficiency thermal= 32.9%.
3. Pada kecepatan 27 knot, power yang dibutuhkan = 1837.715 kW, fuel Consumption =
0.058 kg/s (390.29 liter), efficiency thermal= 31.6 %.
4. Pada kecepatan 20 knot, power yang dibutuhkan = 1511.67 kW, fuel consumption =
0.057 kg/s (258.82 liter), efficiency thermal= 30.8%.
5. Konsumsi Bahan bakar untuk trayek pelayaran muara angke – pulau pramuka paling
besar adalah 1108.47 liter.
DAFTAR PUSTAKA
Hydrofoil Research Project for Office (1954). Hydrofoil Handbook, Design of Hydrofoil Craft.
1954. Naval Research Navy Department, Washington DC
Tristan L. Wood (2013). CFD Validation of Hydrofoil Performance Characteristic in Cavitating
and Non-Cavitating Flows. B.Eng. Mechanical Engineering Project Report. Department of
Mechanical Engineering. Curtin University. 2013.
Wonggiawan, Febry (2014). Skripsi : Studi Perancangan Hydrofoil Kapal Penumpang Untuk
Perairan Kepulauan Seribu. Semarang : Universitas Diponegoro.
Boeing, Jetfoil (1982). Facilities and Equipment Planning Document. Institut Sepuluh November
(1982)
Saravanamuttoo, HIH (1996). Gas Turbine Theory 4th edition. Essex : Longman Group Limited.
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015
KHI JPS Co., Ltd: Jetfoil Mini-Encyclopedia. Akses Online:
http://www.khi.co.jp/corp/kjps/english/emini/emini1.html (akses pada 23 April 2017)
International Hydrofoil Society Correspondence Archives: Radio Controlled (R/C) Model
Hydrofoils, Power & Sail. Akses Online: http://www.foils.org/modelrc.htm (akses pada 12
Maret 2017)
William I. Niedermair (1969). Northwest Hydrofoil Line’s Hydrofoil Ship “Victoria” Gas
Turbine Main Propulsion System. Northwest Hydrofoil Lines, Inc. Winslow, Washington
98110.
John R. Meyer, Jr (1990). Ships That Fly - A Story Of The Modern Hydrofoil. Hydrofoil
Technology, Inc., John R. Meyer, Jr., 1990
Levy, Joseph (1965). The Design of Water-Jet Propulsion Systems for Hydrofoil Craft.
Adji, S.W., (2005). Engine Propeller
Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015