Analisa Teknis Perencanaan Sistem Propulsi Ferry Cepat 200 Penumpang Rute Padangbai – Lembar

Posted: April 27, 2011 in Marine
Tag:, , , ,

Abstrak

Meningkatnya tuntutan masyarakat terhadap kapal-kapal cepat dewasa ini, memberikan kesempatan para desainer kapal untuk membuat kapal yang dapat beroperasi dengan cepat, aman, dan handal. Selain faktor bentuk lambung, sistem propulsi merupakan sistem yang sangat menentukan terwujudnya sebuah kapal cepat. Makalah ini akan menganalisa dan membandingkan performance dua sistem propulsi kapal ferry cepat yaitu submerged propeller dan water jet system untuk mendapatkan sistem propulsi yang paling optimal bagi kapal ferry cepat.

Pendahuluan

Kecepatan pada kapal ferry cepat merupakan faktor yang sangat penting, karena dipandang dari sisi propulsinya, performance sistem propulsi akan sangat berpengaruh pada nilai-nilai ekonomis dari kapal. Saat ini untuk rute penyeberangan Bali – Lombok dilayani oleh sekitar 12 kapal ferry, dengan waktu operasional selama 24 jam sehari. Dari kurang lebih sebanyak 12 kapal ferry, 2 diantaranya yang merupakan kapal ferry cepat aluminium. Kapal – kapal ferry cepat ini rata – rata beroperasi 1 kali sehari, menempuh jarak 53 mil dari Benoa sampai Lembar dengan kecepatan kurang lebih 20 knot, sehingga waktu tempuh dari kapal-kapal ferry cepat ini rata-rata adalah 2,5 jam. Kedua kapal ferry cepat yang beroperasi antara Benoa – Lembar terdiri dari, satu kapal dengan lambung monohull berkapasitas 248 penumpang, yang digerakkan oleh water jet, dan satu kapal catamaran berkapasitas 440 penumpang, yang digerakkan oleh submerged propeller.

Mayoritas kapal cepat dalam operasinya memanfaatkan propulsor submerged propeller, surface propeller, atau water jet. Mengenai tipe, jumlah penggerak dari sistem manuver dapat beragam di setiap kapal.

Bila efisiensi performance merupakan kriteria utama, Blount[1993] berpendapat bahwa submerged propeller lebih banyak digunakan para desainer untuk aplikasi dengan kecepatan 25 knot (13 m/s) kebawah, sedangkan untuk aplikasi dengan kecepatan lebih dari 43 knot (22 m/s) biasanya lebih dipilih water jet. Antara kecepatan ini sistem propulsi water jet seharusnya mendapatkan porsi lebih banyak untuk dipertimbangkan, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini. Sedangkan penggunaan propulsor surface piercing propeller dapat diaplikasikan pada kecepatan tinggi hingga melampaui 60 knot, tetapi penggunaannya terbatas pada kapal dengan displacement kecil dibawah 100 ton.

Permasalahan dapat katakan timbul tentang bagaimana merencanakan suatu sistem propulsi dari sebuah kapal ferry cepat monohull 200 penumpang yang memiliki kecepatan sekitar 30 knot. Karena tidak ada kriteria tunggal yang dapat digunakan sebagai acuan dalam mengevaluasi suatu sistem propulsi terhadap sistem propulsi lainnya, maka bila enduransi dan berat total sistem propulsi keseluruhan bukanlah acuan utama yang kita gunakan sebagai parameter, kita dapat menggunakan koefisien propulsif keseluruhan berbasiskan pada net thrust sebagai acuan dalam menentukan sistem propulsi yang sesuai (Etter J, 1976).

Sistem propulsi water jet sendiri telah memiliki sejarah yang panjang sebagai penggerak kapal dan telah banyak karya-karya ilmiah yang mengulas tentang penggunaannya pada berbagai jenis kapal, dengan keunggulan antara lain, berkurangnya sarat kapal, pembatasan pada berlebihnya external appendage, dan kesederhanaan dari permesinan dengan tidak digunakannya controllable pitch propellers, atau kombinasi gear box, mengakibatkan sistem water jet memiliki biaya awal dan perawatan yang lebih kecil dibandingkan dengan marine screw propeller. Walaupun demikian pada kapal-kapal komersial penggunaan sistem propulsi water jet tetap terbatas, ini sebagai pengaruh dari rendahnya efisiensi propusif keseluruhan, direfleksikan dengan tingginya konsumsi bahan bakar dan tingginya propulsion system weight fraction dibandingkan dengan propulsor marine screw propeller (Etter J, 1976).

Pada kapal cepat berpenggerak propeller, tipe motor penggerak dengan menggunakan motor diesel putaran tinggi merupakan solusi terbaik (secara teknis maupun ekonomis), dengan mempertimbangkan berat spesifik motor penggerak. Penyesuaian kondisi kerja motor dengan karakter propeller akan memerlukan pemasangan roda gigi penurun putaran (gear box), namun dengan rasio reduksi yang relatif rendah, mengingat dimensi dan berat gear box akan berubah secara proporsional dengan rasio reduksinya, mengakibatkan propeller akan tetap bekerja pada putaran relatif tinggi, dimana kondisi ini akan rentan terhadap ancaman kavitasi, dimana telah diyakini dan terbukti bahwa kavitasi akan mengurangi kemampuan thrust propeller, menurunkan efisiensinya dan meningkatkan efek vibrasinya terhadap lambung kapal. Tingkat kesulitan pada tahap awal desain akan bertambah bila data karakteristik propeller yang beroperasi pada sudut inklinasi tertentu tidak tersedia. Disamping itu dengan keterbatasan sarat kapal saat beroperasi (dalam hal ini perubahan trim kapal akan mempengaruhi sarat dan karakteristik tahanan), ruangan yang terbatas akan menimbulkan kesulitan dalam penataan sistem propulsi utama, sehingga menimbulkan cara peletakan sistem propulsi secara inklinasi yang disebut vee-arrangement.

Berangkat dari permasalahan tersebut dan mengingat kajian diatas merupakan suatu kontribusi yang besar untuk mencapai kesuksesan perencanaan kapal ferry cepat secara keseluruhan, penulis berusaha untuk mengaplikasikan beberapa teori dan metode yang telah diteliti pada penentuan desain awal sistem propulsi pada kapal ferry cepat, dengan analisa yang dilakukan meliputi aspek propulsi dan perencanaannya.

Permasalahan

Permasalahan bersumber pada bagaimana menentukan koefisien propulsif keseluruhan dari sebuah sistem propulsi water jet dibandingkan dengan menggunakan submerged propeller pada sebuah kapal ferry cepat aluminium 200 penumpang dengan kecepatan 40 knot. Permasalahan kedua adalah menganalisa pengaruh parameter lain seperti ukuran propulsor dan system envelope dari satu sistem propulsi terhadap sistem propulsi yang lainnya, sehingga dapat dipilih sistem propulsi yang optimal bagi kapal ferry cepat 200 penumpang untuk rute Padang Bai – Lembar.

Fokus penelitian ini diarahkan pada sistem propulsi kapal ferry cepat yang umumnya memiliki sistem propulsi twin screw fixed pitch propeller, atau sistem propulsi flush inlet water jet. Sebagai power plant, kapal menggunakan motor penggerak high speed diesel engine.

Batasan Masalah

Untuk membahas analisa teknis dalam perencanaan sistem propulsi kapal ferry cepat 200 penumpang ini, diperlukan beberapa batasan agar didapatkan hasil yang sebaik-baiknya. Adapun batasan pada penulisan tugas akhir ini adalah :

  1. Jenis propulsor yang dianalisa difokuskan pada fixed pitch submerged propeller dan flush inlet water jet. Tipe submerged propeller yang dianalisa dipilih dimana kondisi pengoperasian masih memungkinkan propeller bekerja pada daerah sub-kavitasi, sehingga tipe propeller yang digunakan adalah propeller dari Wageningen B-Series dan Van Manen Series. Untuk tipe sistem propulsor water jet yang dipilih adalah sistem water jet dengan tipe flush inlet, dimana biasa digunakan pada kapal dengan lambung displacement atau planing, karena memiliki drag minimum dan kavitasi yang kecil pada kecepatan maksimum.
  2. Kapal hanya akan berlayar untuk rute Padang Bai Bali – Lembar Lombok atau sebaliknya sejauh 53 mil laut, sehingga perencanaan yang dihasilkan mungkin hanya sesuai untuk rute pelayaran yang dipilih.
  3. Aspek teknis selanjutnya yang memerlukan pembahasan tersendiri dan mendalam, serta harus mempertimbangkan banyak hal yang saling berkaitan misalnya efek sistem transmisi terhadap sistem propulsi, aspek getaran, dan olah gerak kapal (sea keeping), tidak dibahas dalam perencanaan ini.
  4. Tidak menghitung segi ekonomis dari perencanaan.

Tujuan Penulisan

Tugas akhir ini bertujuan untuk menentukan desain sistem propulsi, difokuskan pada komponen propulsor yang digunakan pada kapal ferry cepat 200 penumpang, berdasarkan efisiensi aspek propulsinya. Sedangkan hasil akhir yang ingin dicapai adalah didapatkannya parameter-parameter standar dari propulsor sebagai acuan desain sistem yang memenuhi aspek propulsi.

Metodologi Penyelesaian

Perhitungan Tahanan dan Kebutuhan Thrust

Kapal ferry cepat pada umumnya merupakan kapal yang dirancang dengan kemampuan beroperasi pada kecepatan planing, sehingga badan kapalnya berbentuk badan tunggal (monohull) dengan kenaikan kontur lambung secara lurus (dead rise) dari garis dasar hingga sekitar garis air dengan sudut kemiringan yang cukup besar (hard chine). Untuk mencapai kecepatan maksimum, kapal planing hull akan melalui tiga fase kecepatan, yang dinyatakan dengan kisaran nilai Fn, yaitu fase displacement (Fn<1), pre-planing (semi displacement, 1<Fn<2.5) dan planing speed (Fn>2.5). Blount dan Bartee[1997] memberikan klasifikasi kapal cepat berdasarkan kisaran nilai Fn, beserta koefisien intraksi propulsor, seperti dikutip pada tabel 1 dibawah ini. Saat menempuh ketiga fase tersebut, tahanan kapal akan menunjukkan karakter yang berbeda, serta mengalami fase transisi saat menuju fase planing, sehingga direkomendasikan untuk mengaplikasikan metode prediksi tahanan yang berbeda untuk ketiga fase tersebut, karena hingga saat ini belum tersedia sebuah metode khusus yang dapat memprediksi keseluruhan fase.

 

Pada desain sistem propulsi untuk kapal ferry cepat ini menggunakan tiga metode perhitungan tahanan, antara lain metode Holtrop, Savitsky pre-planing, dan metode Savitsky planing. Metode Savitsky pre-planing digunakan untuk mengestimasi tahanan dari suatu lambung planing sebelum mencapai kondisi planing, metode Savitsky planing digunakan untuk mengestimasi besarnya tahanan lambung pada saat kapal mencapai rezim kecepatan planing, serta metode Holtrop digunakan untuk mengestimasi besarnya tahanan kapal, saat kapal bergerak dengan kecepatan displacement penuh.

Besarnya kebutuhan thrust kapal, didapatkan berdasarkan dimensi lambung, displacement, dan longitudinal center of gravity (LCG), dan faktor-faktor lain yang digunakan dalam perhitungan tahanan kapal. Kebutuhan daya BHP dan RPM ditetapkan untuk kecepatan kapal berbasiskan pada karakteristik dari propulsor dengan dimensi optimum, untuk menemukan besarnya beban propulsor dan kesesuaiannya dengan motor induk. Pemilihan rasio gear box dipakai untuk menyesuaikan kecepatan rotasional propulsor dengan RPM motor penggerak. Bentuk lambung, displacement, dan LCG berpengaruh secara langsung terhadap hubungan kecepatan-tahanan kapal. Karena itu sangatlah penting dalam proses analisa desain secara keseluruhan untuk lebih memperhatikan interaksi yang kuat antara proporsi lambung, beban, dan proses optimasi dari sistem propulsi.

Integrasi Sistem Propulsi

Tujuan utama dari desain sistem propulsi adalah integrasi terbaik dari karakteristik dan kapabilitas antara propulsor dan motor penggerak. Metodologi untuk mendapatkan propulsor water jet dan submeged propeller akan dijelaskan kemudian di apendix 1 dan 2. Tahap akhir perancangan sistem propulsi adalah mencari kesesuaian kinerja motor dengan propulsor. Hal ini merupakan sebuah proses yang sangat penting, karena kesalahan pada tahap ini akan mengakibatkan karakteristik kapal yang tidak memuaskan, terutama dalam hal pencapaian kecepatan desain, akselerasi dan perlambatan hingga kapal berhenti , SFOC dan sebagainya. Kesesuaian motor dengan propulsor dapat ditentukan berdasarkan karakteristik daya terhadap rpm motor dengan permintaan daya terhadap putaran propulsor. Bila diperlukan gearbox sebagai penurun putaran motor, maka rasio gearbox harus ditentukan sedemikian rupa, sehingga pada setiap titik perubahan kecepatan kapal putaran operasional propulsor (yang telah ditentukan pada tahap penentuan korelasi thrust kapal terhadap propeller) dapat terpenuhi, mengingat karakter thrust propulsor sangat tergantung dari putaran operasionalnya (disamping tipe dan dimensinya).

Permintaan daya propulsor juga sangat tergantung dari tipenya, yang karakteristiknya dapat dinyatakan dengan hubungan PB = Konstanta  (RPM)X, dimana untuk submerge propeller harga x bernilai 2.15, dan untuk water jet harga x bernilai 3. Pada daerah putaran rendah 40-50% rating nominal, diharapkan pula perbedaan minimal antara permintaan daya propulsor dengan daya motor yang tersedia tidak nol, karena hal ini akan menyebabkan kapal tidak akan mencapai kecepatann planing-nya seperti pada gambar 2. Sedangkan bila perbedaan daya tersebut meningkat, maka kemampuan responsif kapal juga meningkat (Blount,1997).

Untuk propulsor water jet, pembebanan water jet dapat dihitung dengan menentukan nilai tetapan spesifikasi pompa yang ditentukan sebesar  Diameter inlet (D) ditentukan berdasarkan hubungan kapasitas hubungan pompa dan luasan inlet yang dihitung pada nilai rasio kecepatan inlet (IVR) tertentu. Daya yang dibutuhkan oleh pompa untuk setiap titik kecepatan kapal dapat dihitung dengan formula : , dimana N menunjukkan besarnya putaran pompa, pada setiap nilai daya yang dibutuhkan untuk mencapai titik kecepatan tertentu. Setelah nilai SHP dikoreksi dengan efisiensi shafting untuk menentukan besarnya BHP, maka kesesuaian karakteristik dapat diketahui dengan ploting kurva BHP kedalam kurva kinerja motor induk.

Pada propulsor propeller, untuk tipe dan dimensi propeller yang telah dianggap nominal, permintaan/ pembebanan propeller dapat dihitung dengan menentukan KQ pada setiap titik perubahan kecepatan kapal. Hal ini diperoleh pada saat penentuan korelasi thrust kapal dengan propeller. Daya yang diserahkan ke propeller pada setiap titik kecepatan kapal kemudian dapat dihitung dengan persamaan : , dimana PDi menunjukkan beban propeller pada setiap titik operasional ni, dengan koefisien torsi sebesar KQi. Selanjutnya keseluruhan hasil dapat diregresi untuk mendapatkan nilai x hingga didapatkan hubungan PD = Konstanta . (RPM)2. Kesesuaian karakteristik dapat dianalisa dengan plotting kurva PD ke dalam kurva kinerja motor induk, setelah PD dikoreksi dengan efisiensi shafting, sehingga beban propeller dapat dinyatakan dalam terminasi daya motor, PB.

Hasil matching akan menentukan titik pengoperasian sistem propulsi yang diharapkan mampu memberikan daya yang diperlukan untuk mengatasi tahanan kapal pada kecepatan tertentu. Bagi kapal cepat, diperlukan pengamatan dan analisa karakteristik pembebanan secara lebih mendalam terhadap fase transisi hump speed ke planing speed. Seringkali, untuk mendapatkan hasil yang memuaskan, harus dilakukan re-matching menggunakan motor dan/atau gearbox yang berbeda.

Koefisien Propulsif Sistem Propulsi

Koefisien propulsif dari performance kapal membentuk hubungan yang esensial antara daya efektif yang dibutuhkan kapal (didapat dari produk tahanan dan kecepatan kapal) dan daya yang disalurkan motor ke propulsor. Hubungan ini dapat dituliskan sebagai berikut : . Pada sistem propulsi propeller, koefisien tersebut harus dimasukkan dalam perhitungan faktor efisiensi mekanis dari mesin induk atau mesin penggeraknya, sehingga apabila akan menghindari faktor itu, yakni untuk tidak merubah harganya, berhubung berubahnya efisiensi mekanis dari mesin induk, maka dapat dipakai koefisien lain yang dinamakan Quasi Propusif Coefficient (QPC) dengan definisi sebagai berikut:  . Dalam perbandingan sistem propulsi, koefisien propulsif yang dihasilkan oleh suatu propulsor merupakan kriteria yang lebih baik daripada efisiensi propulsif propulsor. Penentuan koefisien propulsif dari sistem propulsi water jet dapat ditentukan berbasiskan pada net propulsor thrust yang dibutuhkan kapal, dan besarnya dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

Pengolahan Data

Untuk melakukan studi perbandingan performansi antara sistem water jet dengan submerged propeller, maka penulis akan menggunakan sebuah kapal ferry cepat Pax 200 sebagai bahan acuan, dan memiliki ukuran utama sebagai berikut :

Dengan memanfaatkan sofware Maxsurf Pro 7.16, bentuk badan kapal ferry cepat dapat dimodelkan sebagai berikut:

 

Dan didapatkan data referensi untuk perhitungan tahanan kapal, dengan  memanfaatkan software Hullspeed terhadap ketiga metode perhitungan tahanan yang berbeda, seperti terlihat pada tabel 2. berikut:

Hasil karakteristik tahanan yang dihasilkan software Hullspeed terhadap reference data hasil modelisasi kapal ferry cepat dengan menggunakan software Maxsurf, terlihat seperti pada gambar 3. dibawah ini.

         


Perencanaan Sistem Propulsi Water Jet

Gaya Dorong

Gaya dorong yang dibutuhkan untuk menggerakkan kapal sangat tergantung dari tahanan kapal pada kecepatan yang direncanakan, serta fraksi deduksi gaya dorong seperti dirumuskan pada persamaan berikut:

dimana : T             = Gaya dorong/ thrust (Newton)

                   RT          = Tahanan total (Newton)

                   t              = Fraksi deduksi gaya dorong

Besarnya fraksi deduksi gaya dorong untuk kapal kecepatan tinggi dengan sistem propulsi water jet sekitar 0.05 (Blount,1997). Dengan menggunakan persamaan tersebut diatas, maka kebutuhan daya dorong untuk sistem propulsi water jet (T dalam Newton) dapat dilihat pada tabel 3. berikut.

Vs Vs t Rt Tnet Tnet/2
(Knt) (m/s)   (KN) (N) (N)
0 0.000 0.050 0 0 0
2 1.028 0.050 0.75 789.47 394.73
4 2.056 0.050 2.70 2842.10 1421.05
6 3.084 0.050 5.89 6200 3100
8 4.112 0.050 10.77 11336.84 5668.42
10 5.140 0.050 17.59 18515.78 9257.89
12 6.168 0.050 25.96 27326.31 13663.15
14 7.196 0.050 36.97 38915.78 19457.89
16 8.224 0.050 52.76 55536.84 27768.42
18 9.252 0.050 65.03 68452.63 34226.31
20 10.280 0.050 75.29 79252.63 39626.31
22 11.308 0.050 83.24 87621.05 43810.52
24 12.336 0.050 91.06 95852.63 47926.31
26 13.364 0.050 99.35 104578.94 52289.47
28 14.392 0.050 104.33 109821.05 54910.52
30 15.420 0.050 110.94 116778.94 58389.47
32 16.448 0.050 116.86 123010.52 61505.26
34 17.476 0.050 122.02 128442.10 64221.05
36 18.504 0.050 126.48 133136.84 66568.42
38 19.532 0.050 130.35 137210.52 68605.26
40 20.560 0.050 133.80 140842.10 70421.05

Tabel 3. Kebutuhan net thrust ferry cepat Pax 200

Harga gaya dorong (thrust) diatas merupakan actual thrust (Tnet), sedangkan gaya dorong yang harus dihasilkan oleh sistem propulsi ini (yang diistilahkan dengan gross thrust (Tg) dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

. Dengan mengambil efisiensi pompa sebesar 90%, maka besarnya kapasitas pompa, head total, dan daya pompa yang harus disediakan untuk setiap kecepatan kapal dapat dilihat pada tabel 4 dibawah ini :

Penentuan Koefisien Propulsif Keseluruhan (OPC) Sistem Propulsi Water Jet

Koefisien propulsif keseluruhan water jet merupakan hasil dari perkalian net thrust yang dibutuhkan kapal pada kecepatan desain, dibagi dengan besarnya daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa (P) dalam watt. Karena besarnya daya dan net thrust yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa telah diketahui, maka besarnya OPC untuk water jet dapat ditentukan dengan persamaan  :

 

Vs Vs ρ g H ηp Q P
(Knot) (m/s) (kg/m3) (m/s2) (m)   (m3/s) (kW)
0 0.000 1025 9.8 0.000 0.9 0.000 0.000
2 1.028 1025 9.8 0.081 0.9 0.749 0.676
4 2.056 1025 9.8 0.323 0.9 1.349 4.869
6 3.084 1025 9.8 0.728 0.9 1.962 15.931
8 4.112 1025 9.8 1.294 0.9 2.690 38.841
10 5.140 1025 9.8 2.021 0.9 3.515 79.295
12 6.168 1025 9.8 2.911 0.9 4.323 140.433
14 7.196 1025 9.8 3.962 0.9 5.277 233.324
16 8.224 1025 9.8 5.175 0.9 6.589 380.546
18 9.252 1025 9.8 6.549 0.9 7.219 527.677
20 10.280 1025 9.8 8.085 0.9 7.522 678.812
22 11.308 1025 9.8 9.783 0.9 7.560 825.538
24 12.336 1025 9.8 11.643 0.9 7.581 985.193
26 13.364 1025 9.8 13.664 0.9 7.635 1164.457
28 14.392 1025 9.8 15.847 0.9 7.445 1316.890
30 15.420 1025 9.8 18.192 0.9 7.389 1500.347
32 16.448 1025 9.8 20.699 0.9 7.297 1685.769
34 17.476 1025 9.8 23.367 0.9 7.171 1870.218
36 18.504 1025 9.8 26.197 0.9 7.020 2052.611
38 19.532 1025 9.8 29.188 0.9 6.854 2232.939
40 20.560 1025 9.8 32.342 0.9 6.684 2412.673

 Tabel 4. Kebutuhan daya pompa water jet

Perencanaan Sistem Propulsi Propeller

Pemilihan Diameter Optimum

                Dalam proses pemilihan diameter optimum, penulis menggunakan diagram optimum diameter and blade area Troost B-Series dan Van Manen Series, untuk single dan double screw propeller. Diagram ini dipublikasikan oleh O’Brien, T[1962], mengacu pada grafik koefisien daya (B-δ) yang dipublikasikan oleh Taylor.

Pada penggunaan diagram optimum diameter and blade area Troost B-Series, parameter awal yang digunakan dalam perhitungan adalah akar dari nilai Bu. Besarnya nilai Bu untuk setiap variasi kecepatan putaran propeller dapat dilihat pada tabel 5 berikut:


Engine Type Engine Rating VA Propeller THP Bu Bu0.5
(KW) (RPM) (Knot) Rev.(RPM) (HP)
16V396TB94 2450 2100 38 1419.878 1758.652 6.68932 2.58637
16V4000M80 2320 2000 38 1352.265 1758.652 6.37078 2.52404
12V396TE94 1948 2000 38 1352.265 1758.652 6.37078 2.52404

 Tabel 5. Nilai Bu untuk setiap kecepatan putar propeller

Hasil dari plotting nilai  pada optimum diameter and blade area chart dari propeller Van Manen Series dan Troost B-Series untuk twin screws, 3, 4, dan 5 blades, kita dapatkan seri propeller dengan efisiensi tertinggi

Series Bu δ ηo Va N Kt Kq J Ku D D(m)
Troost 6.689 112 0.74 38 1419.878 0.172 0.033 0.904 0.210 2.997 0.914
B 4-40 6.371 106 0.75 38 1352.265 0.194 0.039 0.956 0.213 2.979 0.908
  6.371 106 0.75 38 1352.265 0.194 0.039 0.956 0.213 2.979 0.908

Tabel 6. Diameter optimum propeller seri B 4-40

Hasil perhitungan kavitasi terhadap perencanaan propeller dapat dilihat pada lembar lampiran, sedangkan hasil pemilihan propeller dengan diameter optimum yang memenuhi kriteria kavitasi Burril adalah sebagai berikut :

Tipe                                        : Troost B 4-40

Diameter                              : 2.979 feet = 0.907 m

Jumlah Blade                      : 4

Efisiensi                                 : 0.75

Pitch rasio                            : 1.18

Blade thickness ratio       : 0.045

Blade area ratio                 : 0.64

Dalam pemilihan ini, propeller dengan efisiensi terbesar yang dipilih. Walaupun propeller seri B 3-35 relatif memiliki nilai efisiensi yang sama dengan propeller seri B 4-40, namun propeller dengan 4  blade relatif memiliki diameter yang lebih kecil. Penetapan ukuran minimum dari propulsor ini adalah salah satu faktor penting terutama pada higher speed planing vessel, karena seringkali ukuran propulsor yang kecil menghasilkan performance propulsi yang terbaik, walaupun perlu diingat bahwa ukuran yang optimal belum tentu merupakan yang paling efisien, ketika berbagai aspek teknis dipertimbangkan.

Sedangkan dari hasil estimasi kavitasi menurut O’Brien[1962], bahwa pemilihan propeller dengan rasio blade area rendah sekitar aE = 0.45, lebih memungkinkan terjadinya kavitasi dan thrust breakdown. Bila propeller seri B 4-40 yang dipilih dalam perencanaan ini, memiliki rasio blade area moderat sekitar aE = 0.64, walaupun berpengaruh pada adanya penurunan efisiensi propeller, tetapi akan mengurangi sejumlah besar kavitasi yang mungkin terjadi.

Karakteristik Beban Propeller

Korelasi antara thrust kapal dengan propeller yang besarnya pada perencanaan ini dapat ditentukan sebagai berikut:

dengan   : RT = 133.8 kN; ρ = 1025 kg/m3; D = 0.908 m; Vs = 20.5778 m/s; (1-w) = 0.95; (1-t) = 0.905; Np = 2.

Dari harga konstanta KT/ J2 yang telah diperoleh, nilai J divariasikan untuk mendapatkan harga KT propeller yang  kemudian diplotkan ke dalam kurva open water. Dari hasil pengeplotan akan didapatkan titik operasi propeller yaitu dengan menemukan titik perpotongan antara KT propeller (pada diagram open water) dengan kurva tahanan kapal (KT = J2 ). Dari harga Kq yang diperoleh, dapat ditentukan besarnya torsi dari propeller yang disalurkan (delivered torque) oleh permesinan ke propeller (QD), sedangkan persamaan daya yang ditransmisikan (PD) akan dapat kita tentukan dengan persamaan berikut :

Penentuan Overall Propulsif  Coefficient Propeller

Efisiensi propulsif propeller merupakan hasil kali dari perkalian komponen-komponen penyusun sistem propulsi propeller, yaitu efisiensi propeller pada kondisi open water dan efisiensi relatif rotatif. Interaksi propeller dengan kapal menghasilkan suatu efisiensi yang dikenal dengan efisiensi lambung, sehingga efisiensi propulsif propeller secara keseluruhan merupakan hasil kali efisiensi propeller, efisiensi relatif rotatif dan efisiensi lambung. Bila besarnya relatif rotatif diasumsikan 1 (Blount, 1997), maka besarnya efisiensi propulsif sistem propulsi propeller dapat ditentukan sebagai berikut:

Analisa Perbandingan Sistem Propulsi

Dari perhitungan yang telah dilakukan pada masing-masing tipe propulsi, telah didapatkan besarnya efisiensi dan daya dari masing-masing sistem propulsi yang ditinjau. Dari hasil tersebut dilakukan perbandingan dan analisa untuk dapat menentukan kelebihan maupun kekurangan dari masing-masing sistem.

Analisa performa waterjet dan propeller dapat dilihat dengan menggunakan gambar 4. di atas yaitu grafik tentang pengaruh besarnya daya BHP terhadap perubahan kecepatan rotasional propulsor.  Dari gambar diatas didapatkan hasil bahwa daya yang diperlukan oleh water jet dan submerged propeller untuk kecepatan yang sama ternyata berbeda. Besarnya perbedaan ini sebanding dengan besarnya kecepatan yang akan dicapai.

Perbedaan yang paling besar terjadi pada kecepatan rotasional propulsor maksimum (100%RPM) atau pada kecepatan desain kapal yaitu 40 knot. Pada kecepatan ini, kebutuhan daya yang diperlukan propeller pada hanya 67% dari keseluruhan daya (100%P) yang dibutuhkan oleh water jet atau sebesar 1647 kW dari 2461 kW kebutuhan daya water jet  . Ini berarti pada kondisi kecepatan maksimal ada perbedaan kebutuhan daya sebesar 33% antara sistem propulsi water jet dan sistem propulsi propeller.

Pada kondisi 50% kecepatan rotasional propulsor, besarnya daya yang dibutuhkan oleh sistem propulsi propeller lebih kecil 3% dari kebutuhan daya water jet pada kecepatan yang sama atau sebesar 8% dari 11% kebutuhan daya water jet. Hal ini menjadi lebih signifikan lagi, bila dibandingkan dengan saat kapal berlayar pada kecepatan rendah dibawah 20% putaran propulsor, dimana kebutuhan daya kedua propulsor relatif sama.

Selisih kebutuhan daya antara water jet dan submerged propeller disebabkan oleh perbedaan nilai efisiensi propulsif diantara kedua sistem tersebut. Berdasarkan perhitungan, sistem propulsi submerged propeller memiliki efisiensi propulsif yang lebih tinggi daripada water jet yaitu 0.664 sedangkan water jet hanya 0.60. Water jet memiliki efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan submerged propeller karena adanya kerugian loss energi kinetik pada ducting system yang disebabkan oleh faktor gesekan antara air dan pipa (ducting). Kerugian (loss) energi kinetik pada ducting sistem menyebabkan turunnya daya thrust yang dihasilkan oleh water jet. Perbedaan antara daya thrust yang dihasilkan oleh water jet dengan energi hidrolik yang dihasilkan oleh pompa disebut efisiensi jet.

Engine-Propulsor Matching

Kurva beban harus masuk kedalam daerah kerja motor yaitu daerah dimana motor aman beroperasi. Penentuan daerah kerja service motor bergantung pada spesifikasi mesinnya. Untuk memenuhi kisaran kebutuhan daya sistem propulsi water jet, maka dipilih mesin dari MTU 16V-4000M90 dengan keluaran daya 2720 kW pada kecepatan 2100 rpm. Hasil dari engine-propulsor matching untuk mesin MTU 16V-4000M90 ini dapat dilihat pada gambar 5 berikut :

Bila titik kritis pertama ditentukan pada kondisi putaran maksimum, yaitu pada titik perpotongan beban propulsor dengan rated speed motor induk (100% rpm), maka daya yang dibutuhkan propulsor water jet adalah 90% daya BHP engine, hal ini memenuhi kriteria engine margin yang besarnya ditentukan antara 0.8-0.9. Berbeda dengan kebutuhan daya water jet yang memenuhi engine margin, pada propulsor propeller, besarnya daya yang dibutuhkan pada kondisi ini hanya 60% dari BHP engine, jauh dibawah engine margin. Hal ini mengakibatkan penggunaan engine ini pada propulsor propeller menjadi tidak efisien.

Pada penentuan titik kritis saat kondisi cruising (85%RPM), besarnya daya yang dikeluarkan motor untuk water jet adalah sebesar 58% dari BHP engine dan untuk propeller adalah 37% dari BHP engine, kondisi ini masih dalam daerah yang aman untuk dapat digunakan secara terus menerus. Bila besarnya daya pada kondisi 40-50% RPM merupakan titik-titik kritis yang menentukan besarnya power differential, maka untuk kedua propulsor, pada kondisi ini besarnya cukup besar 19%, sehingga kapal akan mampu untuk mencapai kondisi planing.

Proses engine-propulsor matching kedua, ialah pada motor MTU 12V-396TE94 dengan daya keluaran 1948 kW pada kecepatan 2000 RPM. Pemilihan motor ini adalah untuk memenuhi kriteria kebutuhan daya propeller, dimana pada motor MTU 16V-4000M90 untuk propulsor propeller jauh dibawah kapasitas daya motor. Hasil engine-propulsor matching motor 12V-396TE94 dilihat seperti gambar 6. dibawah ini :

Pada penentuan titik kritis pertama, yaitu pada kondisi putaran maksimum, atau pada titik perpotongan beban propulsor dengan rated speed motor induk (100% rpm), maka daya yang dibutuhkan propulsor propeller adalah 84% daya BHP motor, hal ini memenuhi kriteria engine margin yang besarnya ditentukan antara 0.8-0.9. Berbeda dengan kebutuhan daya water jet, dimana besarnya daya yang dibutuhkan pada kondisi ini adalah 110% dari BHP engine, jauh diatas titik MCR motor, sehingga besarnya kebutuhan daya water jet tidak dapat diatasi oleh kapasitas daya motor.

Untuk penentuan titik kritis saat kondisi cruising (85%RPM), besarnya daya yang dikeluarkan motor untuk propulsor propeller adalah sebesar 52% dari BHP engine dan untuk water jet adalah 67.7% dari BHP engine, kondisi ini masih dalam daerah yang aman untuk dapat digunakan secara terus menerus. Untuk mengetahui besarnya respon motor, agar kapal mampu mencapai kondisi planing, maka untuk motor MTU 12V-396TE94 besarnya power differential kurva propulsor pada kondisi 40-50 RPM adalah cukup besar sekitar 17%, sehingga kapal akan cukup mampu untuk mencapai kondisi planing.

Dari hasil analisa matching beban setiap propulsor terhadap dua tipe motor penggerak, dapat diambil kesimpulan bahwa pada tipe propulsor submerged propeller, untuk mencapai kecepatan desain, membutuhkan motor dengan kapasitas daya yang lebih kecil, dibandingkan dengan propulsor water jet. Dari sisi besarnya rasio gear box yang digunakan masing-masing propulsor, water jet menggunakan gear box dengan rasio yang lebih besar (2.079 : 1) daripada yang digunakan propeller (1.479 : 1). Sedangkan untuk kemampuan responsif motor untuk mencapai kondisi kapal planing, sistem propulsi propeller dengan motor MTU 12V-396TE94 memiliki kemampuan responsif yang juga lebih kecil dibandingkan  propulsor water jet dengan motor MTU 16V-4000M90.

Kesimpulan

Dari perhitungan dan analisa yang dilakukan terhadap perencanaan sistem propulsi submerged propeller dan sistem propulsi water jet untuk ferry cepat 200 penumpang rute Padang Bai – Lembar, dapat disimpulkan bahwa : 

  1. Sistem propulsi submerged propeller memiliki efisiensi propulsif 0.664 pada diameter 0.907 m untuk seri propeller Troost B 4-40, rasio pitch  1.18, rasio blade area 0.64, rasio blade thickness 0.045 dan putaran sebesar 1352 rpm. Sedangkan sistem propulsi water jet memiliki efisiensi propulsif 0.60 pada luasan inlet 0.3422 m2, diameter inlet 0.6602 m, elevasi nosel pada permukaan air, dan sudut masuk inlet sebesar 25°.
  2. Sistem propulsi submerge propeller memiliki efisiensi propulsif  yang lebih besar dibandingkan dengan sistem propulsi water jet. Hal ini menyebabkan perbedaan jumlah daya yang diperlukan untuk mencapai kecepatan yang sama. Perbedaan kebutuhan daya paling besar terjadi pada kondisi 100%RPM propulsor atau pada kecepatan desain kapal 40 knot yaitu sebesar 33%.
  3. Untuk perencanaan sistem propulsi bagi ferry cepat 200 penumpang, bila efisiensi propulsif merupakan pertimbangan utama dalam memilih sistem propulsi yang akan dicapai, maka penggunaan submerge propeller merupakan sistem propulsi yang paling tepat, karena memiliki efisiensi propulsif yang lebih besar dibandingkan dengan water jet.

 

APPENDIX 1.

Optimasi Desain Parameter dari Sistem Propulsi Water Jet

Definisi

Didalam usaha untuk mendapatkan efisiensi propulsif yang lebih tinggi dengan sistem water jet, efisiensi intake yang lebih tinggi, pompa water jet dan discharge nosel adalah hal yang sangat penting. Saat ini efisiensi pompa dan efisiensi nosel dapat mencapai 90~92% dan 97%, dimana secara teoritis mendekati batas yang dapat dicapai. Efisiensi intake, bagaimanapun juga masih berkisar antara 56~85% tergantung dari desain lambung dan intake duct. Dalam perencanaan sistem water jet yang optimal, karakteristik dari setiap komponen seperti pompa, nosel, dan intake masing-masing dioptimasi dengan pendekatan tersendiri.

Berdasarkan dari teori momentum, rasio dari kecepatan jet terhadap kecepatan kapal, yang kemudian dinotasikan dengan k, secara signifikan sangat berpengaruh terhadap efisiensi propulsif dari sistem water jet secara keseluruhan. Bila besaran harga k telah ditentukan, maka harga desain head pompa, discharge, dan input daya akan dapat ditentukan kemudian secara deduktif, dan kecepatan rotasi dan ukuran pompa akan didapatkan dari harga k secara bersamaan dengan parameter kavitasi dari pompa. Oleh karena itu k adalah merupakan parameter paling mendasar yang menentukan besarnya efisiensi propulsif tetapi juga ukuran dan berat kotor dari sistem water jet.

Nomenklatur

H             = Head total dari pompa water jet (m)

Hs           = Head hisap dari pompa (m)

T              = Thrust propulsi (N)

Q              = Discharge pompa (m3/s)

P              = Daya input pompa (kW)

N             = Kecepatan rotasional pompa (RPM)

Nss         = Kecepatan spesifik hisap

Hw          = Ketinggian dari pusat water jet terhadap permukaan laut (m)

Vs           = Kecepatan kapal (m/s)

Vj            = Jet velocity (m/s)

Vi            = Kecepatan aliran dalam intake

Ρ              = Density dari air laut (kg/m3)

K              = Rasio kecepatan jet Vj/Vs

η              = Efisiensi propulsif

ηJ            = Efisiensi jet

ηP            = Efisiensi pompa

ηi             = Efisiensi inlet

ηN           = Efisiensi nosel

 Persamaan-persamaan penting

Thrust propulsif dari sistem water jet dapat ditentukan sebagai reaksi daya dengan peningkatan momentum dari aliran water jet.

Head suction dari pompa diberikan dengan pendekatan sebagai berikut :

Total head pompa yang dibutuhkan untuk membangkitkan kecepatan jet Vj diberikan dengan pendekatan sebagai berikut :

 

Efisiensi jet  ditentukan sebagai rasio dari net propulsif daya dengan daya hidrolis dari air yang dialirkan dari dalam pompa, persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :

Akhirnya efisiensi propulsif dapat diekspresikan sebagai berikut :      

Gambar 7. diatas menunjukkan variasi dari  terhadap K untuk berbagai harga efisiensi inlet , dimana dikalkulasi dengan dengan asumsi Hw = 0, dan efisiensi nosel ηN = 0.97. Diketahui bahwa rasio kecepatan jet optimum (kopt), akan memberikan harga optimum efisiensi jet dan ini divariasikan dengan harga efisiensi inlet.

Performance pompa

Pompa yang digunakan pada sistem water jet harus didesain dengan ukuran yang seminimal mungkin, memiliki efisiensi pompa yang sangat baik dan memperhatikan performance kavitasi. Pompa memiliki efisiensi terbesar sebesar 90%, dimana dipertimbangkan mendekati limit yang memungkinkan berdasarkan pada batas ukuran dan kecepatan spesifik pompa. Performance kavitasi pompa ditentukan dengan kecepatan spesifik pompa dimana ditetapkan berdasarkan net positif suction head (NPSH) sebagai berikut :

Efisiensi Nosel

Gambar 8. menunjukkan efisiensi nosel pada laju aliran hingga mencapai 0.97, merupakan batas yang dapat dicapai secara teoritis. Dibawah laju aliran 90%, grafik menunjukkan penurunan secara drastis.

Efisiensi nosel dipengaruhi oleh jet flow rate yaitu perbandingan kapasitas volume (debit) antara keluaran pompa (pump discharge) dengan keluaran nosel, secara umum pompa dari sistem water jet umumnya beroperasi relatif dalam kisaran operasi yang sempit berkisar antara 90% sampai 110%. Ini mengakibatkan kecil kemungkinan terjadinya deteriorasi dari efisiensi nosel dalam kondisi operasional aktual.

Efisiensi Inlet

Pada perencanaan sistem propulsi water jet, penentuan kecepatan aliran yang masuk ke inlet akan mempengaruhi effisiensi total sistem. Nilai IVR dalam hal ini akan berpengaruh terhadap effisiensi inlet. Gambar 9. memperlihatkan hubungan antara efisiensi inlet dengan rasio kecepatan kapal, terhadap kecepatan aliran masuk (Vs/Vi) untuk tipe flush inlet yang biasa digunakan, dimana kalkulasi dihitung dengan asumsi ketinggian nosel water jet terhadap permukaan air (hw = 0 m), dan efisiensi nosel sebesar 0.97 (Matsumoto, 1993).

Dari gambar 9. terlihat bahwa, dengan perencanaan sudut masuk flush inlet 25˚ dari duct center line, efisiensi inlet maksimurn terjadi jika kecepatan kapal sama dengan kecepatan aliran masuk (Vs/Vi ≈ 1) dengan nilai efisiensi 80 – 85 %. Nilai Vs/Vi tersebut didapat dari hubungan antara kecepatan inlet (Vi), kecepatan kapal (Vs), dan fraksi arus ikut(w) yang dirumuskan sebagai berikut : . Ketika kecepatan aliran masuk dipertahankan konstan (dengan kata lain putaran pompa tetap), efisiensi inlet akan mengalami penurunan yang sangat drastis bila kecepatan kapal diturunkan. Sedangkan peningkatan kecepatan kapal tidak terlalu banyak mempengaruhi effisiensi inlet.

Pompa

Pompa yang digunakan pada sistem propulsi water jet hendaknya memiliki effisiensi dan kecepatan putaran yang tinggi, ringan dan mampu beroperasi tanpa adanya kavitasi pada pengoperasian NPSH yang minimum. Pompa yang digunakan dapat berupa pompa axial, campuran, atau jenis aliran sentrifugal tergantung ketentuan dalam perencanaan.

Untuk mendapatkan pompa yang ringan, seringkali digunakan pompa dengan high suction specific speeds (Nss). Effisiensi pompa water jet biasanya berkisar antara 88% sampai 99% pada kondisi perancangan. Pompa‑pompa water jet dicirikan oleh putaran spesifiknya, yaitu :

Pompa centrifugal memiliki efisiensi yang paling tinggi dengan putaran spesifik berkisar antara 500 ‑ 4000, pompa aliran campuran 4000 ‑ 10000, dan pompa axial diatas 10000. Jika digunakan multi stage pump, maka head dari masing‑masing stage digunakan untuk menentukan jenis impeller yang terbaik. Sebagian besar multi stage pump memiliki aliran axial atau campuran. Berat sistem propulsi water jet dapat dikurangi dengan menggunakan pompa yang memiliki head yang lebih besar dengan discharge yang lebih kecil.

Pertimbangan Kavitasi

Karakteristik kavitasi pompa dapat dilihat dari besaran kecepatan spesifik hisapnya dengan menggunakan persamaaan sebagai berikut:

dimana NPSH (Net Positive Suction Head) ditentukan oleh kecepatan kapal, besarnya recovery oleh diffuser dan elevasi pompa. Sedangkan NPSE (Net Positive Suction Energy) merupakan jumlah energi total yang dinyatakan dalam J/Kg. Untuk Surface Effect Ship dan Hidrofoil Ship yang memiliki discharge yang lebih besar, NPSH rendah pada hump speed dan nilai Nss paling tinggi, bahaya terbesar yang mungkin terjadi karena kavitasi pompa yang terjadi pada hump atau sub‑hump speed.

Untuk pompa konvensional, kavitasi terjadi pada nilai Nss sekitar 8000 hingga 12000, sedangkan pompa dengan desain khusus rnampu beroperasi dengan bebas kavitasi pada nilai Nss sekitar 15000. Pengoperasian pada tingkat putaran spesifik yang tinggi tanpa adanya kavitasi dapat dicapai dengan menggunakan inducers, yang pertama kali dikembangkan untuk program luar angkasa dan mampu beroperasi pada putaran spesifik 40.000.

APPENDIX  2

Perencanaan Propeller

Diantara sejumlah seri submerged propeller yang tersedia, Wageningen B-series merupakan seri yang terlengkap, baik dalam jumlah variasi tipe model yang diuji maupun karakteristiknya, seperti tercantum pada tabel 7. Seri ini memang lebih ditujukan untuk propeller kapal komersil, namun dalam beberapa rancangan sistem propulsi kapal cepat, seri propeller ini masih dapat diaplikasikan dengan memperhatikan faktor pembebanan daun propeller dan kondisi kavitasi (Allison, 1978 dan Blount, 1997).

Keunggulan B-Series terletak pada kelengkapan data hasil pengujian model yang meliputi karateristik propulsi maupun vibrasi. Desainer juga dapat dipermudah dengan telah tersedianya karakteristik open water KT, KQ, dan η0 dalam bentuk diagram, maupun dalam persamaan polynomial (Carlton, 1994). Dari segi kondisi kavitasi, B-Series propeller termasuk dalam golongan propeller yang ditujukan untuk beroperasi pada daerah kondisi subkavitasi, dimana limit kecepatan kapal adalah berkisar 40 knot (Allison, 1978).

Dalam proses pemilihan diameter optimum, penulis menggunakan diagram optimum diameter and blade area Troost B-Series dan Van Manen, untuk single dan double screw propeller. Diagram ini dipublikasikan oleh O’Brien[1962], mengacu pada grafik koefisien daya (B – δ) yang dipublikasikan oleh Taylor. Diagram B – δ ini, hingga sekarang telah banyak digunakan, dan sangat sesuai untuk menentukan besarnya diameter propeller yang paling tepat pada kebutuhan daya yang diindikasikan. Apabila daya yang digunakan sebagai parameter dalam diagram B – δ adalah Thrust Horse Power, maka kemudian diagram dikenal dengan nama diagram Bu – δ. Besarnya nilai Bu dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

dimana :

N             = Laju putaran (RPM)

 VA         = Speed of advance (Knot)

THP        = Thrust Horsepower (HP)

Sedangkan advance speed (VA) atau kecepatan relatif dari partikel air yang melewati piringan baling-baling dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : . Selanjutnya dari nilai Bu yang telah didapat dari perhitungan diatas, dimasukkan kedalam Optimum Diameter and Blade Area Chart dari propeller Van Manen Series dan Troost B-Series untuk Twin screws 3, 4, dan 5 blades. Hasil yang didapat dari plotting nilai Bu terhadap kurva optimum diameter and blade area chart Van Manen Series antara lain adalah nilai koefisien kecepatan (δ), pitch ratio (p), cavitation number (σA.B), serta blade area ratio (aE). Dengan telah diketahuinya nilai koefisien speed (δ), untuk setiap nilai thrust (Bu), pada masing-masing seri propeller, maka koefisien advance (J), serta diameter (D) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

 

  Perhitungan Kavitasi

Perhitungan kavitasi pada perencanaan propeller ini merunut pada pertimbangan kavitasi Burril. Perhitungan kavitasi menurut Burril ini berdasarkan pada diagram kavitasi (seperti yang terlihat pada gambar 10. berikut, dimana nilai Burril’s thrust loading coeficient (τC) dibandingkan dengan besarnya nilai cavitation number (σA) yang dievaluasi untuk kedalaman shaft (I), dan advance speed (Va) tertentu. Nilai cavitation number adalah diperhitungkan berdasarkan head statis relatif ke center line poros dan head dinamis yang merunut ke radius 0,7 dari blade section. Dengan menggunakan cavitation number yang telah diperoleh, dibaca pada diagram kavitasi Burril, dapat diketahui besarnya level back cavitation yang diijinkan, pada suatu nilai koefisien thrust loading (Ku) tertentu.

Besarnya nilai koefisien thrust loading Burril dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut : dimana : Ap           = Rasio projected blade area

Interaksi Propeller Dengan Badan Kapal

Blount dan Woud[1997] merekomendasikan penggunaan variabel yang dapat menyatakan hubungan antara thrust kapal yang dibutuhkan dengan thrust yang harus disediakan propeller. Bentuk persamaan tersebut tidak melibatkan faktor putaran (n), sehingga seleksi diameter propeller dapat dilakukan pada tahap awal perancangan, namun secara iterasi hingga diameter yang didapatkan berkorelasi dengan rasio luasan daun propeller, yang memenuhi faktor pembebanannya berbasiskan angka kavitasi Burril. Putaran optimum pengoperasian propeller didapatkan dengan mencari interseksi kurva open water propeller dengan koefisien pembebanannya. Thrust yang dihasilkan oleh masing-masing propeller umumnya dinyatakan dengan besaran tidak berdimensi, yaitu :

dimana kondisi pengoperasian propeller dinyatakan dengan :                                   

sehingga :             

dimana : T             = Thrust propeller (kN)

                   n             = Putaran kerja propeller (rps)

                   D             = Diameter propeller (m)

                   V             = Kecepatan kapal (m/det)

                   w             = Wake fraction

Thrust yang dibutuhkan oleh kapal, tergantung dari tahanannya, yakni :

dimana : Rt            = Tahanan total kapal

                   t               = Thrust deduction fraction.

Untuk sistem propulsi dengan multi propeller, maka untuk sejumlah Np Propeller, bila setiap dianggap menghasilkan thrust yang sama besar, maka masing-masing propeller harus mampu menghasilkan thrust sebesar :

Dengan menyatakan thrust propeller ke dalam bentuk thrust kapal, maka persamaan umum koefisien thrust akan menjadi :

Persamaan diatas lebih dikenal sebagai korelasi antara thrust kapal dengan propeller. Bila persamaan RT sebagai fungsi VS telah diketahui, maka dengan plotting kurva persamaan tersebut  diatas pada diagram open water propeller dengan tipe yang telah ditentukan, kondisi operasional propeller yang sebenarnya dapat ditemukan dengan mencari titik perpotongan kurva KT = f(J) kapal dengan KT = f(J) propeller.

Hubungan KT dan J diatas adalah hubungan yang didapat pada kondisi trial (ideal), untuk mendapatkan titik operasi propeller pada kondisi service maka harga sea margin harus pula diperhitungkan, harga sea margin ini akan mempengaruhi besarnya tahanan kapal, oleh karena itu hubungan antara KT dan J juga akan berubah.

Besarnya sea margin yang sesuai dengan daerah pelayaran kapal (Asia Timur) adalah 15%-20% (Harvald Sv. Aa., Resistance and Propulsion of Ships, 1983). Pada tugas akhir ini besarnya sea margin yang digunakan adalah 20%. Hubungan KT dan J2 baik untuk kondisi trial (ideal) maupun untuk kondisi service ini kemudian akan diplotkan pada kurva open water propeller untuk mencari titik operasional propeller.

Komentar
  1. NUR mengatakan:

    terimakasih sangat bermanfaat.

    kepada pak Cak Kotinx..boleh minta info..dimana saya bisa menemukan informasi tentang sistem propulsi water jet? ada bukunya pak??
    terimakasih

    • Mahatrisna mengatakan:

      Nurhayati,
      Tulisan saya dulu pakai beberapa referensi berikut, mudah-mudahan berguna:

      1. Richard Hecker, Marine Propulsion, American Society of Mechanical Engineers, Maryland, 1976
      2. Kiyoshi Matsumoto, Optimation of Design Parameters of Water Jet Propulsion System, Fast’ 93, Japan 1993
      3. Carlton J. S, Marine Propellers and Propulsion, Butterworth-Heinmann Ltd, London 1994
      4. Okamoto Y, On the Pressure Distribution of a Water Jet Intake Duct in Self Propulsion Conditions, Fast’93, Japan 1993

  2. ismail mengatakan:

    saya sedang membahas waterjet pada skripsi saya. mau tanya…
    propulsi waterjet umunya memakai pompa axial ya…
    kalau pakai pompa sentrifugal tipe volut tanpa difuser bisa tidak ya?
    dengan debit yang sama, beda trust/gaya dorong yang dihasilkan bagaimana?
    apakah rumus
    terimakasih.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s