lampiran 1 perhitungan propeller

Hal 1 dari 33

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI.................................................................................................................... 1

BAB I ............................................................................................................................ 3

PENDAHULUAN ............................................................................................................ 3

BAB II ........................................................................................................................... 5

PEMILIHAN MOTOR PENGGERAK UTAMA .................................................................... 5

2.1. PERHITUNGAN TAHANAN KAPAL ....................................................................... 5

Data Kapal ............................................................................................................ 6

Penentuan Dimensi Kapal ..................................................................................... 6

Algoritma Perhitungan Tahanan Kapal .................................................................. 6

Menghitung Angka Froude ................................................................................... 7

Menghitung Angka Reynold .................................................................................. 7

Menghitung Tahanan Gesek ................................................................................. 8

Menghitung Tahanan Sisa ..................................................................................... 8

Koefisien Tahanan Tambahan ............................................................................... 9

Koefisien Tahanan Udara Dan Tahanan Kemudi .................................................. 10

Tahanan Total Kapal ........................................................................................... 10

Kondisi Pelayaran Dinas ...................................................................................... 11

2.2. PERHITUNGAN DAYA MOTOR INDUK ............................................................... 12

Perhitungan Effective Horse Power (EHP) ........................................................... 13

Perhitungan Wake Friction (w) ........................................................................... 13

Perhintungan Thrust Deduction Factor (t) ........................................................... 14

Perhitungan Speed of Advance (Va) .................................................................... 14

Pehitungan Efisiensi Propulsif ............................................................................. 14

Perhitungan Delivered Horse Power (DHP) ......................................................... 15

Perhitungan Thrust Horse Power (THP)............................................................... 15

Perhitungan Shaft Horse Power (SHP) ................................................................. 15

Perhitungan Power Main Engine ......................................................................... 16

BAB III......................................................................................................................... 18

PEMILIHAN PROPELLER DAN ...................................................................................... 18

PEMERIKSAAN KAVITASI ............................................................................................. 18

3.1. TUJUAN ........................................................................................................... 18

3.2. DESIGN CONDITION ......................................................................................... 18

3.3. OPTIMUM DIAMETER & PITCH PROPELLER ...................................................... 19

Hal 2 dari 33

BAB IV ........................................................................................................................ 26

ENGINE PROPELLER MATCHING ................................................................................. 26

Hal 3 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 antara propeller dengan mesin yang di gunakan, setelah itu melakukan perhitungan propeller serta melakukan perencanaan poros propeller. Dalam perencanaan poros data yang diperlukan adalah besarnya daya yang 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 untuk mengurangi air yang masuk ke dalam kapal. Alat tersebut biasa dinamakan dengan stern tube. Sehingga untuk langkah selanjutnya adalah menghitung atau merencanakan stern tube.

Hal 4 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 5 dari 33

BAB II PEMILIHAN MOTOR PENGGERAK 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 6 dari 33

Data Kapal

1. Nama : MV ............. 2. Tipe : Container 3. Dimensi :

a. LWL : 143 meter b. LPP : 137.5 meter c. B : 19.2 meter d. H : 11.2 meter e. T : 8.287 meter f. Cbwl : 0,701 g. Cb : 0,7149 h. VS : 15 knot

4. Rute Pelayaran : 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 masing-masing 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:

Panjang antara garis tengah: Lpp = 137.5 m

Panjang garis air : Lwl = 143 m

Lebar : B = 19.2 m

Sarat : T = 8.287 m

Koefisien Blok : = 0,7149

Koefisien Blok Waterline wl = 0,701

Koefisien Penampang Tengah : = 0,9854

Koefisien Prismatik Longitudinal : = 0,7255

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 7 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)

Luas Permukaan Basah: S = 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 = gL

v

(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 58) Dimana : v = 15knot = 7.717 m / detik

g = Percepatan gravitasi standar ( = 9,8 m / detik2 )

Sehingga : Fn = 1438.9

717.7

x

= 0.20613

Menghitung Angka Reynold

Formula : Rn = kv

Lwlv

(Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 58) Dimana : Vk = Koefisien Viskositas kinematik ( = 1,188.10-6 )

Sehingga : Rn = 8310.00000118

143717.7 x

= 1299259163

Hal 8 dari 33

Menghitung Tahanan Gesek

Cf = 2)2(log

075,0

Rn

= 26 )210 x 2992591631(log

075,0

= 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 9 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 hal. 130 diperoleh Lcb standard = 0,50% Sehingga Lcb 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:

103 CR = 103 CR (Standart) + LCBLCB

C10 R3

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


Hal 10 dari 33

Koefisien Tahanan Udara Dan Tahanan Kemudi

Koefisien tahanan udara : 103 CAA = 0,07 CAA = 0,07 x 10-3


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 CT dapat ditentukan dengan menjumlahkan seluruh 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 m2 Kecepatan 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 11 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


Tahanan Total Dengan Menggunakan Maxsurf – Hull Speed;

y = 2,0821e0,2814x

R² = 0,9877

0

100

200

300

400

500

0,00 4,00 8,00 12,00 16,00 20,00

Ha

mb

ata

n T

ota

l (kN

)

Vs (knots)

Grafik Hubungan Hambatan Kapal dan Kecepatan Kapal Penyeberangan Kelas 600 GT

Speed (knots)

Resistance (kN)

0,50

1,26

1,00 1,72

1,50 2,34

2,00 3,12

2,50 4,05

3,00 5,13

3,50 6,34

4,00 7,69

4,50 9,17

5,00 10,78

5,50 12,51

6,00 14,36

Hal 12 dari 33

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.

6,50 16,34

7,00 18,45

7,50 20,73

8,00 23,19

8,50 25,90

9,00 28,92

9,50 32,33

10,00 36,19

10,50 40,68

11,00 46,39

11,50 53,46

12,00 61,67

12,50 70,34

13,00 78,96

13,50 87,74

14,00 97,52

14,50 109,42

15,00 124,72

15,50 144,77

16,00 171,00

16,50 204,82

17,00 247,66

17,50 291,74

18,00 335,93

18,50 380,24

19,00 424,67

19,50 469,22

20,00 513,88

Hal 13 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 (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


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 14 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 hal ini dianggap sebagai pengurangan atau deduksi dalam gaya dorong baling-baling, kehilangan gaya dorong sebesar (T-R) ini dinyatakan dalam fraksi deduksi gaya dorong. Nilai t dapat dihitung apabila nilai w diketahui : t = k x w 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. Figur 21 Hal 161)

Pehitungan Efisiensi Propulsif a. 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. Hal 152)

b. Efisiensi Propulsi (ηp) ηp = ηo x ηrr = 0.55


c. Efisiensi Lambung (ηH) Efisiensi lambung (ηhull) 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 15 dari 33

umumnya diambil angka sekitar 1,05. Pada efisiensi lambung, tidak terjadi konversi satuan secara langsung. η H = (1 - t) / (1 - w)

= 1,05 (Edwar V. Lewis. Principles of Naval Architecture. Tabel 5 Hal 160)

d. Perhitungan Koefisien Propulsi (Pc)

Koefisien propulsif adalah perkalian antara efisiensi lambung kapal, efisiensi propeller dan efisiensi 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


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


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 16 dari 33

= 4032.7535 HP (Dwi Priyanta Lecturer for PKM 2, Page7-11)

Perhitungan Power Main Engine

a. BHP Scr Karena efek dari Transmition system efficiency(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 MAN B&W

Type S 26 MC

Daya Max 3600 kW

Jml.Sylinder 9

Bore 260 mm

Piston Stroke 980 mm

RPM 250 RPM

SFOC 179 gr / kWh

Cycle 2 strokes engine

Perhitungan Daya Mesin Dengan Menggunakan Kapal Pembanding

Hal 17 dari 33

Pemilihan Mesin Induk

Jenis MAN B&W

Type S 26 MC

Daya Max 3600 kW

Jml.Sylinder 9

Bore 260 mm

Piston Stroke 980 mm

RPM 250 RPM

SFOC 179 gr / kWh

Cycle 2 strokes engine

Hal 18 dari 33

BAB III PEMILIHAN PROPELLER DAN PEMERIKSAAN KAVITASI

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 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 19 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 perhitungan sebelumnya, digunakan nilai DHP adalah sebesar :

DHP = 3951.7535 HP b. Rate of Rotation (N), adalah putaran propeller. Putaran propeller 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 = 0,252 w = 0,3145 Vs = 15 knot = 7.717 m/s ρair laut = 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 20 dari 33

Nilai BP diperoleh dari rumusan :

5,2

5,0

a

prop

pV

xPNB dimana : Va = ( 1 – w ) VS

Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35:

Bp1 = N x P^ 0.5 / Va^2.5 = 56.74464

- Pembacaan diagram Bp-1 (pada lampiran)

Pada pembacaan diagram Bp-1, nilai Bp harus dikonversikan terlebih dahulu, dengan rumusan:

��1 = 0,1739��


0,1739.√Bp1 = 1.31

- Menentukan nilai 0

D

Pdan 0 (1/J) dari pembacaan BP - 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 BP -

Nilai Do atau diameter propeller pada kondisi open water dapat dihitung dengan formulasi sebagai berikut :

prop

a

N

xVD 0

0

Hal 21 dari 33

Contoh kasus Untuk tipe Propeller B3-35 :

Do = 11.06 ft

- Menentukan nilai Pitch Propeler (P0) 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 (DB)

Nilai DB diperoleh dari rumusan : DB = 0,95 x D0 ( untuk single screw Propeller ) DB = 0,97 x D0 ( untuk twin screw Propeller )


�� = 0,95��

Db = 10.51 feet = 3.2 m

- Menentukan nilai B

Nilai B diperoleh dari rumusan :

a

Bprop

BV

xDN


δb = 278.02532

- Menghitung nilai BD

P

Setelah nilai δB 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 22 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

A0 = 2

2

D

Ae = A0 x (Ae/A0)


Ao = 86.700568

Ae = 30.345199

2. Menghitung nilai Ap

Ap = Ad x (1,067 – (0,229 xD

P))

dimana : Ad = Ae


Ap = 27.96568

3. Menghitung nilai (Vr)2

(Vr)2 = Va2 + (0,7 x x n x D)2

dimana : Va = speed advance (m/s) n = putaran propeller (rps) D = Diameter behind the ship (m)

Hal 23 dari 33


Vr2 = 884.22064

4. Menghitung nilai T

T = xVst

EHP

)1(

dimana : EHP = Effective Horse Power Vs = Kecepatan Dinas T = Thrust Deduction Factor


T = 308.3928

5. Menghitung nilai τC

τC = 2)(5,0 VrxxApx

T


τC1 = 0.02

6. Menghitung nilai σ 0.7R

σ0,7R = 222 836,4

62,192,188

DnVa

H

dimana: H = tinggi sumbu poros dari base line ( m ) VA = speed of advance ( m/s ) n = putaran propeller ( RPS ) D = 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.


H = 9.31 - 2,89

= 5.881 m

σ 0.7R = 0.30

Hal 24 dari 33

Masukkan nilai ��,�� ke diagram burill sehingga akan diperoleh nilai τC diagram.

Untuk σ 0.7R = 0.30 didapat nilai τC diagram sebesar 0.14.

Setelah didapat nilai τc diagram selanjutnya dicek dengan syarat kavitasi untuk menentukan apakah propeller yang dipilih mengalami kavitasi atau tidak.


maxττ CC

0.02< 0.14 <Tidak Kavitasi>

Propeller yang dipilih telah memenuhi syarat kavitasi karena nilai τc 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 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.


D + 0,08 D + 0,04 D ≤ 0,7 T 3.2+ (0.08 x 3.2) + (0,04 x 3.2) ≤ 0.7 x 9.31 3.584 ≤ 6.517 m (memenuhi)

Hal 25 dari 33

Catatan : D yang digunakan dalam perhitungan diatas adalah dipilih diameter behind the ship yang paling besar dari kelima diameter hasil perhitungan untuk masing-masing 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 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 26 dari 33

BAB IV ENGINE PROPELLER MATCHING

DATA PROPELLER Type Propeller : : B4 - 40 η propeller : 0,542 P/D : 0,70 Diameter (m) : 3,08 RPM prop : 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 = 228.21 kN

1. Menghitung Koefisien α

Rumus : Rt = 0,5 x ρ x Ctotal x s x Vs2 Rt = α x Vs2

� =��

�� (Suryo Widodo Adjie, Engine Propeller

Matching) Sehingga :

α clean hull = 7478,781 α service = 8601,273

2. Menghitung Koefisien β

� =�

(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 27 dari 33

Tabel KT - J Clean Hull

J J2 KT Kt trial

0 0.00 0.00 =KT*1.15

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

Lalu dibuat kurva KT- J. Kurva ini merupakan interaksi lambung kapal dengan propeller.

Lalu kurva KT – J tersebut diplotkan ke kurva open water propeller untuk mendapatkan titik operasi propeller.

4. Membuat Kurva Open Water

Kt

J

Diagram Kt- J

0

Hal 28 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/Db 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

5. Pembacaan Grafik pada Kurva Open Water B Series B4-40 Berdasarkan pembacaan grafik, maka didapatkan hasil: a. Titik Operasi Propeller:

J = 0,43 KT = 0,15 KQ = 0,0258

Kt

10K

q E

ff

J

Kurva Open Water Test B4-40 P/Db 0,7

Kt

10Kq

eff

Kt Clean Hull

Series5

Series6

Series7

Series8

Hal 29 dari 33

η = 0,51

Dimana: J : Koefisien Advance KT : Koefisien Gaya Dorong 10KQ : Koefisien Torsi η : 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 (ηrr)

Pada kapal yang menggunakan single screw, niliai efisiensi relatif rotatif berkisar antara 1,02 – 1,05. Pada perencanaan ini diambil nilai ηrr = 1,05

2. efisiensi propeller (ηp) 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 lambung.

Pc = ηrr x ηp x ηhull

= 1,05 x 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 30 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)

Q250rpm = 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 condition)

e. Menghitung Brake Horse Power Dengan mengetahui nilai DHP maka kita dapat mencari nilai Brake horse power(BHP).

Hal 31 dari 33

Rumusnya adalah:

�� =��

0,98�0,98�0,85

(S.W.Adjie, Engine Propeller Matching)

BHP250RPM= 2900.176 kW...(pada kondisi Clean 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 n-

propeller n-

propeller Q DHP SHP BHPSCR RPM BHPSCR

(rpm) (rpm) (rps) (KW) (KW) (KW) (%) (%)

0 0 0.00 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

10 10 0.17 0.20 0.21 0.22 0.22 4.00 0.01

20 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 16.00 0.39

50 50 0.83 5.09 26.64 27.18 27.18 20.00 0.76

60 60 1.00 7.33 46.03 46.97 46.97 24.00 1.30

70 70 1.17 9.98 73.10 74.59 74.59 28.00 2.07

80 80 1.33 13.03 109.11 111.34 111.34 32.00 3.09

Hal 32 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 10.44

130 130 2.17 34.41 468.20 477.76 477.76 52.00 13.27

140 140 2.33 39.91 584.77 596.71 596.71 56.00 16.58

150 150 2.50 45.81 719.24 733.92 733.92 60.00 20.39

160 160 2.67 52.12 872.90 890.71 890.71 64.00 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 n (propeller) BHP (KW) BHP (KW)

(rpm) (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 33 dari 33

230 230 3.833 96.06 2645.82 73.50 2778.11 77.17

239.44 239.4385 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

Kurva Engine Envelop didapatkan dari tabel:

Engine Type LayOut Point

Engine Speed

Power

Bore 260 mm L1 250 3600

L3 212 3060

Stroke 980 mm 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

BH

P(K

W)

rpm

ENGINE PROPELLER MATCHING

L1-L3

L2-L4

L1-L2

L3-L4

Clean Hull

Rough Hull

lampiran 1 perhitungan propeller

Documents