Ship Powering Print

8/18/2019 Ship Powering Print

1/15

TEORI & PENGUJIAN MODEL KAPAL:

TAHANAN DAN PROPULSI KAPAL

Oleh:

Mahendra Indiaryanto

Unit Pelakasana Teknis

Balai Pengkajian dan Penelitian Hidrodinamika

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi


2/15

Workshop Kelaikan Laut Militer_Ship Powering 1

1. PENDAHULUAN

Perancangan suatu kapal dapat dikatakan bagus apabila kapal

tersebut memimiki korelasi hambatan dan kecepatan yang

optimal. Dimana pada prinsipnya optimasi terhadap tahanan dan

daya yang di butuhkan oleh kapal pada kecepatan tertentu harus

seimbang. Adapun beberapa optimsasi dasar dari desain lambung

kapal dapat di bagi menjadi dua bagian yaitu:

• Perencanaan dasar yang terdiri dari, jenis kapal, jarak

jelajah kapal,kecepatan,jumlah crew, muatan, danperalatan atau peresenjataan

• Linesplan yng terdiri dari,

- perhitungan dasar: hydrostatic kapal, LWT, DWT,

Scantling, Resistance, propulsion, stability, kekuatan

memanjang, dll

- batasan: Basic calculation dan Owner requirement

- optimasi dari sisi rersitance kapal

2. Tahanan Kapal

Tahanan kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang

bekerja berlawanan dengan gerakan kapal tersebut. Tahanan

tersebut akan sama dengan komponen gaya fluida yang bekerja

sejajar dengan sumbu gerakan kapal.Melihat bahwa kapal bergerak di bidang fluida cair yang nilai

kerapatan massanya lebih besar dari udara sehingga semakin besar

kecepatan dan dimensi suatu kapal maka semakin besar pula

energi yang dibuang untuk menghasilkan energi berupa

gelombang (wave), gelombang inilah yang kemudian bergesekan

dengan lambung kapal dan arahnya melawan arah kapal sehingga

menimbulkan gaya berlawanan.


3/15


Gambar1. bentuk gelombang

Tahanan total (RT) pada kapal terdiri dari komponen – komponen

bagian kapal yang mempunyai kemungkinan menimbulkan gaya

hambat atau resistance. Pada prinsipnya ada dua bagian kapal

yang mengalami gaya hambat, yaitu bagian kapal yang terbenam

dan area bagian kapal diatas permukaan air karena udara jugamempunyai faktor hambat pada kondisi tertentu. RT digunakan

untuk menentukan besar Efective Horse Power (EHP) yang

didefinisikan sebagai daya yang diperlukan suatu kapal untuk

bergerak dengan kecepatan sebesar VS dan mampu mengatasi

gaya hambat atau tahanan sebesar RT, dan yang lebih penting

untuk mengetahui seberapa besar daya dari mesin utama agar

kapal yang akan dibuat tidak mengalami kelebihan daya yang

besar atau justru tidak bisa memenuhi kecepatan karena daya yangdiprediksikan tidak bisa mengatasi besar tahanan kapal.

Perhitungan tahanan kapal ini sangatlah penting sekali dan

diharapkan seakurat mungkin dalam arti tidak kurang dan tidak

lebih karena mempengaruhi aspek – aspek dari segi biaya

investasi, efisiensi, biaya perawatan, biaya operasional,

persaingan ekonomis dan lain – lain. Oleh karena itu berbagai

macam cara digunakan oleh para arsitek kapal untuk memprediksi

besar daya dari suatu kapal dengan hasil seakurat mungkin dengan

Bentuk

gelombang


4/15


menentukan besar tahanan total yang bekerja pada suatu kapal.

Tahanan total (RT) yang dialami kapal terdiri dari sejumlah

komponen tahanan yang berbeda, yang diakibatkan pula oleh

berbagai macam penyebab dan saling berinteraksi. untuk

menjelaskan masalah tahanan secara praktis, komponen tahananini dapat dilihat dari gambar berikut:

Gambar 2. gaya-gaya yang bergerak pada sistem penggerak

Tahanan total (RT) yang dialami kapal terdiri dari sejumlahkomponen tahanan yang berbeda yang diakibatkan oleh berbagai

macam penyebab dan saling berinteraksi. Untuk menjelaskan

masalah tahanan secara praktis, maka dapat diuraikan menjadi

beberapa komponen utama sebagai berikut:

1. Tahanan Gesek, RF ( Resistantion Friction) terjadi akibat

gesekan permukaan basah kapal dengan media yang dilaluinya,

oleh karena semua fluida mempunyai nilai viskositas inilahmenimbulkan gesekan tersebut. Atau komponen tahanan yang

diperoleh dengan jalan mengintegralkan tegangan tangensial

keseluruh permukaan basah kapal menurut arah gerakan kapal.

Adapun komponen tahanan tersebut sebagai berikut (Sv.

Aa.Harvald:1964):

Rf = 0, 5.Cf. ρ.V2.S (kN) ..................................(2.1)


5/15


Dimana :

ρ = Massa jenis air laut

V = Kecepatan kapal (m/sec)

S = Luas bidang basah (m2)

Angka reynold (Rn)

Rn = Vs.Lwl/ υ ..............................................(2.2)

Dimana:

υ = Kinematic Viscosity

Coefisien tahanan gesek (Cf)

Cf = 0,075 / (Log10Rn-2)2

...................................(2.3)

2. Tahanan Sisa, RR ( Residual Resistance) adalah kuantitas dari

hasil pengurangan dari tahanan total badan kapal, suatu

tahanan gesek yang merupakan hasil perhitungan yangdiperoleh dengan memakai rumus khusus. Secara umum,

bagian terbesar dari tahanan sisa pada kapal niaga adalah

tahanan gelombang (Wavemaking)

RR = (0, 5 . ρ . ∆2/3 . V2) ...................................(2.4)

Dimana:

∆ = Displacement kapal (m2)V = Kecepatan kapal (m/s)

Tahanan sisa memiliki nilai coefisien (Fn) yang diperoleh dari

gambar-gambar ratio panjang dan volume yang merupakan

hubungan antara angka Froude dan koefisien prismatik

memanjang.

Fn= V / ( g.L )

0.5

..........................................(2.5)


6/15


Dimana:

V = Kecepatan kapal (m/sec)

g = Percepatan gravitasi (m/sec2)

L = Panjang garis air kapal (m)

Dimana angka Froude dapat menjelaskan jenis kapal

berdasarkan operasional kapal tersebut. Hal ini dapat dilihat

dari gambar berikut:

Gambar 3. Operasional angka Froude

3. Tahanan Viskos, RV (Viskos Resistance) adalah komponen

tahanan yang terkait dengan energi yang dikeluarkan akibat

pengaruh viskos/kekentalan.

4. Tahanan Tekanan, RP (Pressure Resistance) adalah komponentahanan yang diperoleh dengan jalan mengintegralkan tegangan

normal keseluruh permukaan kapal menurut arah gerakan

kapal.

5. Tahanan Gelombang, RW (Wavemaking Resistance) adalah

komponen tahanan yang terkait dengan energi yang

dikeluarkan untuk menimbulkan gelombang gravitasi

6. Tahanan Anggota Badan ( Appendage Resistance) adalah


7/15


tahanan dari boss poros, penyangga poros (shaft bracket) dan

poros, lunas bilga, vin stabilizer dan sebagainya. Dalam

memakai model fisik, model tersebut umumnya dilengkapi

dengan anggota badan seperti itu disertakan dalam pengukuran

tahanan. Jika tanpa anggota badan maka tahanannya disebuttahanan polos (bare resistance).

7. Tahanan Kekasaran ( Roughness Resistance) adalah tahanan

akibat kekasaran permukaan badan kapal misalnya akibat

korosi dan fouling (pengotoran) pada badan kapal.

8. Tahanan Udara ( Air Resistance) adalah tahanan yang dialami

bagian atas permukaan air serta bangunan atas (superstructure)

karena gerakan kapal yang menyusuri udara.

9. Tahanan Daun Kemudi (Steering Resistance) adalah tahanan

akibat gerakan daun kemudi. Gerakan daun kemudi ditujukan

untuk kelurusan lintasan maupun manuver kapal.

3. Sistem Propulsi kapal

3.1 Penjelasan dan Formula.

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.

Daya Efektif (PE) 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. Untuk mendapatkan besarnya Daya

Efektif kapal, dapat digunakan persamaan sebagai berikut ;


8/15


P E = R

T * Vs ..................................(3.1)

dimana:

RT = Tahana kapal Total (KN)Vs = Kecepatan kapal (m/sec)

Daya Dorong (PT) adalah besarnya daya yang dihasilkan oleh kerja dari

alat gerak kapal ( propulsor ) untuk mendorong badan kapal. Daya

Dorong merupakan fungsi dari gaya dorong dan laju aliran fluida yang

terjadi saat alat gerak kapal bekerja. Adapun persamaan Daya Dorong

dapat dituliskan sebagai berikut ;

PT =T * Va ................................. (3.2)

dimana :

PT = Daya Dorong,(KW)

T = Gaya Dorong, (KN)

Va = Kecepatan aliran fluida di bagian Buritan kapal=( Vs ( 1 – w ))m/sec

Daya Yang Disalurkan ( PD ) adalah daya yang diserap oleh baling-

baling kapal guna menghasilkan Daya Dorong sebesar PT, atau dengan

kata lain, PD merupakan daya yang disalurkan oleh motor penggerak ke

baling-baling kapal ( propeller ) yang kemudian dirubahnya menjadi

Daya Dorong kapal (PT). Variabel yang berpengaruh pada daya ini

adalah Torsi Yang Disalurkan dan Putaran baling-baling, sehingga

persamaan untuk menghitung PD adalah sebagai berikut ;

P D

= 2πQ D

nP .........................................

(3.3)

dimana:PD = Daya Yang Disalurkan (KW)

QD = Torsi Baling-baling kondisi dibelakang badan kapal,(KNm)

nP = Putaran Baling-baling, (rps)


9/15


Daya Poros (PS) adalah daya yang terukur hingga daerah di depan

bantalan tabung poros (stern tube) dari sistem perporosan penggerak

kapal. Untuk kapal-kapal yang berpenggerak dengan Turbin Gas , pada

umumnya, daya yang digunakan adalah PS. Sementara itu, istilah Daya

Rem ( Brake Power, P B

) adalah daya yang dihasilkan oleh motorpenggerak utama (main engine).

Pada sistem penggerak kapal yang menggunakan Marine Diesel Engines

( type of medium to high speed ), maka pengaruh rancangan sistem

transmisi perporosan adalah sangat besar didalam menentukan besarnya

daya PS. Jika kamar mesin terletak dibelakang dari badan kapal, maka

besarnya losses akibat sistem transmisi perporosan tersebut adalah

berkisar 2 - 3 %. Namun bila kamar mesin terletak agak ke tengah atau

jauh di depan, maka besarnya losses akan semakin bertambah.

3.2 Efisiensi Pada Sistem Propulsi

Sistem penggerak kapal memiliki beberapa definisi tentang daya yang

ditransmisikan mulai dari daya yang dikeluarkan oleh motor penggerak

hingga daya yang diberikan oleh alat gerak kapal ke fluida sekitarnya.

Rasio dari daya-daya tersebut sering dinyatakan dengan istilah efisiensi,

meskipun untuk beberapa hal sesungguhnya bukanlah suatu nilaikonversi daya secara langsung.

Efisiensi Lambung, η HULL, 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 umumnya diambil angka sekitar 1,05.


10/15


...................................(3.4)

t dan w merupakan propulsion parameters, dimana t adalah Thrust

Deduction Factor yang dapat diperoleh dengan persamaan sebagaiberikut:

............................................(3.5)

t standart = 0,5×C P

−0,12 ; utk. Kapal dng Baling-baling Tunggal

= 0,5×C P

−0,19 ; utk. Kapal dng Baling-baling Kembar

CP = Koefisien Prismatik kapal = ∀/L. B.T.Cm

dimana:

∀ = volume displacement kapal (m3)

L = panjang garis air kapal (m)

B = lebar kapal (m)

T = sarat kapal (m)

Cm = koefisien Midship kapal

Sedangkan, w adalah wake fraction yang dapat dicari dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut,

..........................................(3.6)

Efisiensi Baling-baling ( Propeller Efficiency), η PROP, adalah rasio

antara daya dorong (PT) dengan daya yang disalurkan (PD). Efisiensi ini

merupakan power conversion, dan perbedaan nilai yang terjadi adalah

terletak pada dimana pengukuran Torsi Baling-baling (Propeller

Torque) tersebut dilakukan. Yakni, apakah pada kondisi open water

(QO) atau pada kondisi behind the ship (QD). Persamaan berikut ini


11/15


menunjukkan kedua kondisi dari Efisiensi Baling-baling, sebagai

berikut :

Efisiensi Baling-baling (Open water):

............................................(3.7)

Efisiensi Baling-baling ( Behind the ship):

......................................(3.8)

Karena ada dua kondisi tersebut, maka muncul suatu rasio efisiensi

yaitu yang dikenal dengan sebutan Efisiensi Relative-Rotative , η RR ;

yang merupakan perbandingan antara Efisiensi Baling-baling pada

kondisi di belakang kapal dengan Efisiensi Baling-

baling pada kondisi di air terbuka, sebagai berikut :

............................(3.9)

sehingga , η RR sesungguhnya bukanlah merupakan suatu sifat besaranefisiensi yang sebenarnya (bukan merupakan power conversion).

Efisiensi ini hanya perbandingan dari besaran nilai efisiensi yang

berbeda. Maka besarnya efisiensi relative-rotative dapat pula lebih besar

dari satu, namun pada umumnya diambil nilainya adalah berkisar satu.

Efisiensi Transmisi Poros (Shaft Transmission Efficiency) , ηS secaramekanis umumnya dapat didefinisikan dengan lebih dari satu macam

tipe efisiensi, yangmana sangat tergantung dari bentuk konfigurasi pada

stern arrangement-nya. Efisiensi ini merupakan product dari

keseluruhan efisiensi masing-masing individual komponen terpasang.Efisiensi ini dapat dinyatakan seperti persamaan, sebagai berikut ;


12/15


.............................................(3.10)

Ps = π. (ds)4

.G. θ. n/32. Ls ...........................(3.11)

dimana:

π = nilainya 3.14

ds = diameter poros (m)

G = modulus shear pada elastisitas material poros (8.35 x 107 KN/m2)

θ = putaran sudut (deg)

Ls = panjang poros dimana θ telah di ukur

n = putaran (rps)

Efisiensi Keseluruhan (Overall Efficiency, η P ), yang dikenal juga

dengan sebutan Propulsive Efficiency, atau ada juga yang

menyebutnya Propulsive Coefficient adalah merupakan hasil dari

keseluruhan efisiensi di masing-masing phrase daya yang terjadi pada

sistem propulsi kapal (sistem penggerak kapal). Efisiensi Keseluruhan

dapat diperoleh dengan persamaan, sebagai berikut:

ηP = η HULL x η RR x ηS ..........................................(3.12)

Sehingga untuk menentukan harga PD jika di ketahui harga PE

adalah sebagagai berikut

PD = PE/ ηP .....................................................(3.13)

η HULL, dan η RR adalah tergantung pada karakteristik hydrodynamics,

sedangkan ηS adalah tergantung pada karakteristik mekanis dari sistem

propulsi kapal. Namun demikian, peranan yang terpenting adalah upaya-

upaya guna mengoptimalkan η P.


13/15


4. Karakteristik Baling-baling kapalSecara umum karakteristik dari baling-baling kapal pada kondisi open

water test adalah seperti yang direpresentasikan pada Diagram KT – KQ

– J. Setiap tipe dari masing-masing baling-baling kapal, memiliki

karakteristik kurva kinerja yang berbeda-beda. Sehingga kajian terhadapkarakteristik baling-baling kapal tidak dapat di-generalised untuk

keseluruhan bentuk atau tipe dari baling-baling.

Model persamaan untuk karakteristik kinerja baling-baling kapal adalah

sebagai berikut,

....................................(4.1)

....................................(4.2)

....................................................(4.3)

............................................(4.4)

dimana:KT = Koefisien Gaya Dorong (Thrust) Baling-baling

KQ = Koefisien Torsi Baling-balingJ = Koefisien Advanced Baling-baling

VA = Kec. Advanced dari fluida yg melintasi propeller disk

ηO = Efisiensi Baling-baling pd kondisi open water

n = Putaran Baling-baling

D = Diameter Baling-baling

TProp = Gaya Dorong Baling-baling (Propeller Thrust )

QProp = Torsi Baling-baling (Propeller Torque)

ρ = Massa Jenis Fluida (Fluid Density)


14/15


Gambar 4. KT-KQ-J (open water test)

REFERENSI

1. Principle Naval Architecture Second Revision,Volume II.

Resistance Propulsion an Vibration.

2. Suryo Adjie, Propeller Engine Mactching, 2005

3. G. Kuiper, The Wageningen Propeller Series, May 1992, MARIN,

Nederland


15/15


Contoh Hasil Pengujian Model Patrol Resitance Test di Towing Tank.Kurva. Hasil uji tahanan dan daya yang dibutuhkan pada kecepatan 23knot

Ship Powering Print

Documents

Transcript of Ship Powering Print