APLIKASI SISTEM PROPULSI HYBRID SHAFT GENERATOR (PROPELLER
DAN WATERJET) PADA KAPAL PATROLI TRIMARAN
Eddy Setyo Koenhardono, Indra Ranu Kusuma, Henman Nugroho Jurusan Teknik Sistem Perkapalan,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
henman@ne.its.ac.id
ABSTRAK
Trimaran ship as fast patrol boats owned by Indonesia, built in 2010. Trimaran is a boat with 3 pieces of hull that consists of 1 pieces of mainhull and 2 pieces of demihull. Trimaran vessel is designed with variations of speed in order to support his job as a marine patrol boat.
This final project discusses about ship resistance analysis using numeric analytical metode slander body then design the optimum propulsion system requirement to meet various service speed of ship. As well as discuss a needs assessment of electrical power on ships and application of the shaft generator to optimize the work of main engine in some variation of operating conditions. Highlights of this final project for design a hybrid propulsion system mechanical and electrical using a propeller and waterjet services in order to meet the speed required of a patrol boat, and the application of the shaft generator as a power source to meet the electricity needs on board.
KEY WORDS: Trimaran, Propulsi hybrid, Shaft Generator
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara yang 2/3 luas wilayahnya adalah lautan, serta memiliki lebih dari 13 ribu pulau dan banyak diantaranya belum memiliki pelabuhan. Banyaknya jumlah pulau beserta luas wilayah perairan yang dimiliki tersebut menyebabkan rawan terjadinya pelanggaran keamanan baik itu pencurian ikan maupun perompakan. Oleh sebab itu, dibutuhkan kapal patroli guna menjaga keamanan serta sumber daya alam yang berada di wilayah perairan Indonesia. Salah satu jenis kapal patroli adalah kapal trimaran. Karakteristik kapal patroli yang memiliki beberapa variasi kecepatan dinas, diantaranya yaitu : kecepatan pada saat patroli, pengintaian, serta kecepatan pada saat melakukan pengejaran.
Dalam mendukung kebutuhan akan variasi kecepatan tersebut, maka diperlukan sistem propulsi yang optimal. Pada kapal patroli trimaran ini direncanakan menggunakan sistem propulsi hybrid yaitu kombinasi antara sistem mekanis menggunakan motor diesel sebagai penggerak propeller dan terletak di mainhull dengan sistem elektrik menggunakan motor listrik sebagai penggerak waterjet yang terletak di bagian sisi / demihull, sehingga pada setiap kecepatan dinas
kapal patroli trimaran dapat beroperasi secara optimal.
TINJAUAN PUSTAKA
Dalam operasinya di laut, suatu kapal harus memiliki kemampuan untuk mempertahankan kecepatan dinas (Vs) seperti yang direncanakan. Sistem propulsi (penggerak) kapal harus dapat mengatasi keseluruhan gaya-gaya hambat (total resistance) yang terjadi. Sistem propulsi kapal terdiri dari 3 (tiga) komponen :
a. Motor Penggerak Utama (main engine) b. Sistem Transmisi
c. Alat Gerak (propulsor).
Konfigurasi dari ketiga komponen utama sistem propulsi ini sangat dipengaruhi oleh rancangan fungsi kapal itu sendiri, serta misi yang harus dijalankan dalam operasionalnya di laut.
Deskripsi Motor Diesel
Motor diesel biasa disebut sebagai motor nyala kompresi yang memampatkan udara di dalam silinder untuk menghasilkan pembakaran spontan dari bahan bakar. Rasio kompresi dari motor adalah rasio dari volume silinder ketika piston berada di TMA hingga piston berada di TMB dibandingkan dengan volume ruang bakar. Rasio kompresi dari motor diesel haruslah tinggi agar udara dalam silinder mencapai tekanan dan temperature yang tinggi, sehingga bahan bakar akan terbakar secara otomatis ketika bahan bakar tersebut diinjeksikan ke dalam silinder. Proses pembakaran akan meningkatkan tekanan sehingga mengubah posisi piston dari TMA menuju ke TMB dan akan menghasilkan daya output. Daya dan putaran mewakili output dari engine yang akan digunakan dalam mendesain sistem propulsi.
Tahanan Kapal
Tahanan kapal adalah sebuah gaya fluida yang bekerja pada badan kapal yang sedemikian rupa sehingga bekerja melawan gerakan kapal. Tahanan kapal (resistance) didefinisikan sebagai :
S V C
R 12
2C adalah koefisien tahanan, V kecepatan kapal, ρ masa jenis air laut, dan S luas permukaan basah kapal.
Tahanan total (RT) dapat diuraikan menjadi
sejumlah komponen tahanan yang diakibatkan oleh berbagai macam penyebab dan saling berinteraksi
terhadap kapal. Pada sistem propulsi kapal, daya dari motor induk hingga daya yang dibutuhkan untuk mendorong kapal mengalami reduksi daya karena sistem propulsi ini mengalami beberapa kali proses transmisi tenaga. Pembagian daya pada sistem propulsi kapal dapat dilihat pada bagan berikut ini :
EHP, Effective Horse Power adalah daya yang diperlukan untuk menggerakkan kapal di air atau untuk menarik kapal dengan kecepatan V. THP, Thrust Horse Power adalah daya yang
diperlukan untuk menghasilkan gaya dorong pada bagian belakang propeller kapal.
DHP, Delivered Horse Power merupakan daya pada tabung poros baling-baling.
SHP, Shaft Horse Power merupakan daya pada poros baling-baling.
BHP, Brake Horse Power adalah daya yang keluar dari motor induk. Untuk pemilihan motor induk diperlukan Brake Horse Power saat keadaan maximum continous rating.
Propulsi Waterjet
Pada sistem propulsi waterjet, adanya aksi gaya dorong menyebabkan kapal dapat bergerak dengan kecepatan tertentu dan reaksi dari fluida akan menyebabkan tahanan kapal.
Gaya dorong adalah aksi dari pompa yang mengakibatkan fluida mengalir melalui saluran dengan memberikan energi pada sistem, kemudian dirubah oleh nossel sehingga terjadi kenaikan momentum aliran.
a. Daya dorong efektif
Daya dorong efektif yang dihasilkan harus mampu mengatasi beban tahanan aliran agar kecepatan servis terpenuhi.
b. Daya pompa
Pergerakan dari impeller pompa menyebabkan fluida mengalir pada tekanan
dan laju aliran tertentu, namun dapat menimbulkan kerugian energi.
Head pompa merupakan besarnya head tekanan yang dihasilkan untuk mengatasi kerugian aliran pada sistem waterjet.
c. Efisiensi jet
Efisiensi jet (ηj) adalah perbandingan antara output energi terhadap input energi pada sistem propulsi waterjet. Energi aliran yang diberikan sebagai input energi sistem propulsi waterjet yang kemudian menyebabkan kenaikan momentum aliran pada nossel, sehingga menghasilkan daya dorong.
d. Efisiensi pompa
Kerugian daya pada pompa timbul karena bentuk konstruksi pompa serta adanya kehilangan energi pada bagian pompa yang bersentuhan. Secara umum, efisiensi juga dapat dikatakan sebagai perbandingan antara output dengan input.
e. Efisiensi badan kapal
Efisiensi badan kapal dapat ditentukan dengan menghitung nilai wake dan thrust deduction factor.
f. Efisiensi propulsi over-all
Kemampuan sistem propulsi total dihitung sebagai efisiensi propulsi overall (OPC) ditinjau dari energi yang diberikan oleh pompa, kerugian transmisi, sampai pada keluaran daya efektif untuk menggerakkan kapal.
g. Tipe pompa untuk high speed waterjet propulsion system
Pompa yang berada di badan kapal untuk aplikasi high speed waterjet propulsion system berfungsi untuk memberikan / menaikkan tekanan guna menghasilkan gaya dorong dengan cara memberikan semburan air. Gaya dorong yang dihasilkan merupakan fungsi dari kapasitas aliran, sehingga dibutuhkan pompa dengan kapasitas aliran yang besar, head pompa yang memenuhi pertimbangan kavitasi dan tingkat efisiensi yang tinggi. Maka tipe pompa yang memenuhi kebutuhan tersebut adalah tipe mixed flow dan axial pada putaran spesifik yang relatif besar. Pada umumnya efisiensi pompa sistem propulsi waterjet berkisar antara 0,85 – 0,9.
h. Pertimbangan kavitasi - Putaran spesifik
Dalam pemilihan pompa, perlu dipertimbangkan putaran spesifik yang merupakan salah satu parameter tak berdimensi. Jika putaran spesifik (Ns) pompa sudah ditentukan, maka tipe pompa yang akan digunakan beserta bentuk dari impeller dapat kita hitung.
Untuk pemilihan tipe pompa akan mengacu pada nilai Ns itu sendiri dimana:
Ns < 4000 ,menggunakan pompa sentrifugal
Gambar 1. Sistem Propulsi Kapal
4000 < Ns < 10000 ,menggunakan pompa mixed flow
10000 < Ns ,menggunakan pompa axial flow Harga Ns sendiri bergantung pada titik operasi pompa dimana pompa tersebut dipasang dan diinstal. Dipertimbangkan juga nilai head dan kapasitas pompa agar memenuhi karakteristik sistem guna memperoleh efisiensi yang tinggi. Titik operasi sebenarnya dipengaruhi oleh pemilihan dimensi outlet nossel yang dipilih pada efisiensi terbaik. - Putaran spesifik isap
Putaran spesifik isap (Ns) merupakan salah satu parameter tak berdimensi yang dipakai utuk menggambarkan fenomena kavitasi, yaitu gejala menguapnya fluida karena tekanan statis bekurang sampai dibawah harga tekanan uap jenuh fluida kerjanya. Gelembung-gelembung uap (bubbles of vapour) yang mencapai tekanan tinggi pada bagian pompa akan menyebabkan erosi, vibrasi, dan jika cukup berat akan menyebabkan kerusakan pada impeller atau bagian lain yang diinstal. Putaran spesifik isap merupakan konstanta untuk setiap harga putaran dimana awal kavitasi mulai terjadi. Batasan Ns secara praktis ditentukan oleh maker pompa yang memiliki harga bervariasi tergantung kondisi operasinya.
Penerapan pada beberapa tipe pompa dibatasi oleh masalah Tekanan yang tersedia tergantung pada pompa yang dihitung dari tekanan uap yang disebut Net Positive Suction Head (NPSH) yakni head monometrik total pada saluran hisap pompa terhadap tekanan uap dari fluida kerja. Inlet sistem jet harus memberikan NPSH yang memenuhi persyaratan pompa agar terhindar dari masalah kavitasi.
i. Perhitungan nossel
- Aliran incompressible pada nossel
Nossel merupakan alat yang digunakan untuk merubah energi akibat perbedaan tekanan statis antara dua titik dalam medan aliran menjadi energi kinetic fluida. Aliran yang masuk melalui nossel digerakkan oleh takanan tinggi pada sisi masuk nossel menuju takanan statik yang lebih rendah dan terletak pada kerongkongan nossel. Pada nossel konvergen mendatar dengan aliran tanpa gesekan dan incompressible berlaku tekanan total pada setiap titik yang konstan.
j. Unjuk kerja pompa tak berdimensi
Dalam merencanakan suatu pompa, variable keluaran seperti head (H) dan daya (P) tergantung pada variable lainnya seperti debit (Q), diameter impeller (D), putaran poros (n), massa jenis fluida (ρ), viskositas dinamis (m), dan kekasaran permukaan (Є). Hubungannya seperti pada persamaan berikut :
g H = f1 {Q, D, η, ρ, µ, Є} P = f1 {Q, D, η, ρ, µ, Є} ……..………..(v)
Tiap fungsi dari persamaan diatas terdapat 7 parameter yang terlibat dengan 3 dimensi primer (M, L, dan t) yang diharapkan mempunyai empat bentuk tak berdimensi. Tiga parameter pompa dinyatakan sebagai : - Koefisien head (Kh)
- Koefisien kapasitas (Kq) - Koefisien daya (Kp)
Pada pompa yang memenuhi keserupaan geometris, diharapkan Kh dan Kp sebagai fungsi kapasitas dengan menganggap bilangan Reynold dan rasio kekasaran mempunyai efek yang konstan.
Shaft Generator
Prinsip kerja dari shaft generator yaitu dengan mengambil daya dari motor penggerak utama untuk menggerakkan generator, menghasilkan arus yang lebih ekonomis dan dapat mengurangi jam operasional dari genset (auxiliary engine).
Roll-Royce telah memperkenalkan sebuah sistem propulsi baru yang mengoptimalkan kecepatan mesin dan propeller untuk mencocokkannya pada mode operasi tertentu dari suatu kapal, sehingga menghilangkan suatu keharusan untuk menjalankan shaft generator pada frekuensi konstan. Shaft generator telah banyak digunakan untuk menyediakan tenaga listrik pada berbagai jenis kapal. Sistem kelistrikan di kapal yang mengaplikasikan shaft generator biasanya membutuhkan frekuensi yang tetap dan kecepatan motor induk yang konstan, kemudian membutuhkan sistem mekanik dan elektrik untuk menjaga kecepatan generator agar tetap konstan walaupun terdapat variasi kecepatan motor induk.
Situasinya kini berubah dengan pengenalan Rolls-Royce Hybrid Shaft Generator (HSG-Konsep). Konsep ini merupakan sebuah kelanjutan sistem pembangkit listrik untuk pengkondisian daya yang dihasilkan dari sebuah shaft generator sehingga switchboard melihat sebuah voltase dan frekuensi yang konstan, serta sudut fase yang tepat untuk mencocokkannya dengan genset lainnya yang terhubung secara parallel. Dengan menurunkan rpm pada motor induk serta porosnya, baik propeller maupun motor induk dapat dioptimalkan efisiensinya.
Gambar 3. Contoh engine room layout Roll-Royce Shaft Generator
METODOLOGI
Diagram Alir Pengerjaan
Pengambilan Data
Pengumpulan data-data yang diperlukan untuk menganalisa serta untuk mendesain propulsi hybid yang dikombinasikan dengan shaft generator sebagai sumber energi listrik tambahan pada kapal patroli trimaran. Data kapal yang di ambil adalah data model kapal trimaran Prof. Ir. P.Indiyono, M.Sc Ph.D. Data tersebut meliputi data dimensi kapal, variasi kecepatan, dan fluktuasi beban listrik.
Analisa Tahanan Kapal
Analisa tahanan kapal patroli trimaran dilakukan menggunakan software maxsurf, hal ini karena sudah terdapat gambar model kapal trimaran. Data tersebut dibuat berdasarkan beberapa variasi kecepatan sehingga menghasilkan beberapa variasi tahanan kapal.
Analisa kapal pada saat melakukan patroli
Kecepatan kapal pada saat melakukan patroli ini dilakukan pada kecepatan 24 knots. Analisa yang dilakukan meliputi perhitungan engine propeller matching yang mengacu pada kecepatan saat patroli serta penentuan kebutuhan listrik. Analisa perhitungan dilakukan untuk menentukan
tipe main engine dan tipe auxiliary engine yang akan digunakan pada kapal patroli trimaran.
Analisa kapal pada saat melakukan pengejaran
Kapal pada saat melakukan pengejaran ini dilakukan pada kecepatan 35 knots. Analisa yang dilakukan meliputi perhitungan engine propeller matching yang mengacu pada kecepatan saat pengejaran serta penentuan kebutuhan listrik. Analisa perhitungan dilakukan dengan perhitungan manual untuk menentukan tipe main engine, auxiliary engine, spesifikasi waterjet, serta motor listrik sebagai penggerak pompa waterjet yang akan digunakan.
Analisa kapal pada saat melakukan pengintaian
Kecepatan kapal pada saat melakukan pengintaian ini dilakukan pada kecepatan 18 knots. Analisa yang dilakukan meliputi perhitungan engine propeller matching yang mengacu pada kecepatan saat pengintaian serta penentuan kebutuhan listrik kapal.
Pemilihan Shaft Generator
Pemilihan shaft generator didasarkan pada operasinal kapal pada kondisi pengintaian (18 knots). Hal ini karena pada saat pengintaian, kapal dijalankan pada kondisi kecepatan paling rendah, sehingga M/E akan beroperasi di bawah kondisi optimum. Agar M/E tetap beroperasi pada kondisi optimum, maka M/E dihubungkan pada shaft generator yang digunakan sebagai beban dan dayanya dimanfaatkan untuk menghasilakan listrik. Dalam tahap ini akan ditentukan spesifikasi shaft generator yang akan digunakan di kapal tersebut.
Kesimpulan
Membuat kesimpulan-kesimpulan dari analisa yang telah dilakukan. Bab ini akan memberikan penjelasan tentang keungulan dan kelemahan dalam pemilihan sistem propulsi hybrid propeller dan waterjet, serta pengaplikasian shaft generator pada kapal patroli trimaran.
PEMBAHASAN
Spesifikasi Kapal Trimaran
Adapun spesifikasi data dari kapal trimaran yang akan digunakan adalah sebagai berikut :
Lwl = 52,67 m Beam = 14,63 m Draft = 2,8 m V displ. = 308,75 m³ Wetted area = 566,8 m² Block Coeff. = 0,69 Prismatic Coeff. = 0,608
Sesuai dengan data-data dan model yang telah didapatkan diatas, maka langkah selanjutnya adalah perhitungan propulsi untuk menentukan tahanan
kapal yang sesuai untuk kecepatan yang telah direncanakan.
Gambar 4. Bentuk kapal trimaran yang digunakan. Perhitungan tahan kapal dengan analisa numeric menggunakan metode Slender Body.
Tabel 1. Grafik Tahanan vs Kecepatan. Data tahanan kapal yang didapat dari metode Slender Body yaitu pada saat melakukan pengintaian, tahanan yang diterima oleh badan kapal sebesar 82,49 kN. Pada saat melakukan patroli, tahanan yang diterima oleh badan kapal sebesar 171,32 kN. Sedangkan pada saat melakukan pengejaran, tahanan yang diterima oleh badan kapal sebesar 256,93 kN.
Analisa Kapal Pada Kondisi Patroli A. Pemilihan motor penggerak utama
1. Menghitung daya efektif kapal (EHP) » EHP [HP] = Rt [kN] x Vs [m/s]
= 171,32 x 12,346 = 2115,21 KW 1 KW = 1,341 HP → EHP = 2836,546 HP 2. Menghitung wake fraction (w)
» w = 0,5 Cb – 0,05 → dengan nilai Cb = 0,69 = 0,5 x 0,69 – 0,05 = 0,295
3. Menghitung thrust deduction factor (t) » t = k x w → dengan nilai k = 0,7 = 0,7 x 0,295 = 0,2065
4. Menghitung speed of advance (Va) » Va [m/s] = (1 - w) x Vs [m/s]
= (1 – 0,295) x 12,346 = 8,704 m/s 5. Menghitung efisiensi propulsive (Pc)
» Pc = ηrr x ηp x ηH dimana :
ηrr = efisiensi relative rotative (1.0 ~ 1.1) ηp = efisiensi propulsi (40% ~ 70% ) ηH = (1-t) / (1-w)
= (1 – 0,2065) / (1 – 0,295) = 1,126 Pc = ηrr x ηp x ηH = 1 x 55% x 1,126 = 0,619
6. Menghitung daya pada tabung poros buritan (DHP)
» DHP[HP] = EHP[HP] / Pc
= 2836,546 / 0,619 = 4582,1509 HP 7. Menghitung daya pada poros propeller (SHP)
» SHP[HP] = DHP[HP] / ηsηb
= 4582,1509 / 98% = 4675,6642 HP dimana : ηsηb = efisiensi transmisi poros (kapal yang kamar mesinnya terletak di bagian belakang akan mengalami losses sebesar 2%, sedangkan pada kapal yang kamar mesinnya pada daerah tengah / midship kapal mengalami losses sebesar 3%).
8. Menghitung daya penggerak utama (BHP) » BHPscr [HP] = SHP [HP] / ηG = 4675,6642 / 98% = 4771,0859 HP » BHPmcr[HP] = BHPscr[HP] / 0,85 = 4771,0859 / 0,85 = 5613,0423 HP 1HP = 0,7457KW→BHPmcr = 4185,6456 KW dimana :
ηG = effisiensi sistem gigi transmisi
Daya yang dihasilkan tersebut merupakan daya keluaran pada kondisi service, besarnya daya adalah 85% dari daya maximum yang bisa dihasilkan sesuai dengan yang disyaratkan dari Engine Builder.
Dari data mengenai karakteristik putaran kerja dan daya pada kondisi MCR dapat ditentukan spesifikasi motor penggerak utama atau main engine dari kapal.
Data pemilihan Main Engine sebagai berikut : Merk = MAN B&W
Type = L32 / 40 Cylinder = 9 Cylinder
Power = 4500 KW (6120 HP) Speed = 720 RPM
SFOC = 189 g/KWh
Data pemilihan Gearbox sebagai berikut : Merk = ZF MARINE Type = ZF 20570 Ratio = 1 : 1,419 Max Power input = 4625 KW
B. Pemilihan Propeller
1. Penentuan design propeller Wageningen seri B3, B4 dan B5. Hal ini dikarenakan untuk propeller CPP kebanyakan dipasaran memiliki 3, 4, dan 5 daun propeller.
2. Menghitung nilai Bp1 : Bp1 =
dimana, nilai P adalah DHP = 4582,1509 HP N.propeller = = = 507,3996 RPM Va = 8,704 m/s =16,92 knots
Bp1 = = 29,1665 Sehingga nilai 0,1739 √Bp1 = 0,94
3. Memotongkan nilai 0,1739 √Bp1 dengan optimum line, dan didapatkan nilai dari P/Do dan 1/Jo.
Tabel 2. Grafik Bp – δ untuk tipe propeller B3-35.
Table 3. Hasil memotongkan nilai Bp1 terhadap garis optimum line pada grafik Bp – δ. Untuk mendapatkan nilai δo, maka digunakan rumus :
δo =
4. Setelah mendapatkan nilai dari δo, maka langkah selanjutnya adalah mendapatkan nilai dari Do dengan persamaan :
Do =
Untuk nilai Do dalam british unit (ft), maka Va dalam (knot) dan N dalam rpm.
5. Besarnya Db tergantung dari jumlah propeller yang dipakai dan untuk Single-Screw Propeller menggunakan rumus :
Db = 0.95 x Do
6. Untuk mendapatkan nilai δb, didapatkan melalui persamaan :
δb =
Lalu didapatkan nilai 1/Jb memelalui persamaan :
1/Jb = δb x 0,009875
Table 4. Hasil perhitungan untuk menentukan nilai Db dalam pemilihan diameter propeller. 7. Memotongkan kembali nilai Bp1 dengan 1/Jb,
dan didapatkan nilai P/Db serta η.
Table 5. Hasil memotonkan nilai 1/Jb dengan garis optimum line pada grafik Bp – δ. Ketentuan untuk mengambil keputusan mana propeller yang di pakai adalah :
1. Diameter propeller yang dipilih harus kurang dari diameter maximum.
2. Propeller yang dipilih mempunyai efisiensi yang bagus.
Sehingga didapatkan kesimpulan, propeller yang dipilih adalah:
Type = B5 - 75 Db = 1,97 meter P/Db = 0,95 N.prop = 507,4 rpm
C. Engine Propeller Matching
1. Menghitung nilai β : β =
2. Grafik hubungan antara Kt & J Kt = β x J²
Table 6. Diagram dan Tabel Kt & J Clean Hull. 3. Menggambar kurva open water test untuk tipe propeller yang dipilih sebagai berikut :
Tabel 7. Kurva Open Water Test. Sehingga didapat nilai :
J = 0,568 KT = 0,225 10KQ = 0,036 Eff. = 0,568
4. Dari harga J yang di dapat diatas kita dapat mengetahui harga n (putaran) propeller yang bekerja pada effisiensi tersebut :
n = = = 7,7935 rps = 467,61 rpm Pada putaran 467,6 rpm, maka putaran engine 663,54 rpm.
Tabel 8. Kurva Engine Propeller Matching.
Tabel 9. Kurva Speed Power Prediction
Analisa Kapal Pada Kondisi Pengejaran A. Pemilihan motor penggerak utama
Langkah perhitungan yang dilakukan sama dengan langkah perhitungan pada saat analisa kapal pada kondisi patroli. Perbedaan hanya terdapat pada nilai tahanan kapal, hal ini dikarenakan kecepatan kapal yang berbeda.
Dari perhitungan tersebut didapatkan data spesifikasi main engine dan propeller yang sama, serta terdapat penambahan motor listrik sebagai penggerak waterjet untuk menunjang kebutuhan daya pada kecepatan yang diinginkan.
B. Pemilihan Motor Listrik
» Daya yang disuplai motor listrik = 2400,00 KW » Direncanakan menggunakan waterjet dan motor listrik pada tiap bagian demihull, dimana masing-masing daya pada motor listrik sebesar 1200 KW » Spesifikasi Motor Listrik :
Merk = SIEMENS dc motors Type = IM B 3 1 GG5 634-5EL Power output = 1200 KW Speed = 348 RPM Power input = 1271,7 KW Voltage = 810 Volt Current = 1570 Amphere Efficiency = 94 % LengthxWidthxHigh = 2520 x 1354 x 1940 [mm] C. Pemilihan Waterjet
» Spesifikasi pemilihan waterjet dilakukan berdasarkan pada kurva yang dikeluarkan oleh pabrikan waterjet, dalam hal ini adalah Wartsila.
» Penentuan teknis yaitu dengan cara memotongkan garis nilai output daya (KW) dari motor listrik dengan kecepatan dinas yang di inginkan (knots), sehingga akan mendapatkan ukuran nozzle dari tipe waterjet yang di inginkan (450 size).
Table 10. Kurva pemilihan waterjet. » Spesifikasi Waterjet :
Merk = WARTSILA Waterjet Size = 450
Table 11. Hybrid Power & Speed.
Table 12 Kurva Speed Power Prediction (Hybrid Condition).
Analisa Kapal Pada Kondisi Pengintaian
Langkah perhitungan yang dilakukan sama dengan langkah perhitungan pada saat analisa kapal pada kondisi patroli. Perbedaan hanya terdapat pada nilai tahanan kapal, hal ini dikarenakan kecepatan kapal yang berbeda.
Dari perhitungan tersebut didapatkan data spesifikasi main engine dan propeller yang sama. Perhitungan ini digunakan untuk menetukan pitch propeller yang bekerja pada kecepatan 18 knots. Didapatkan grafik EPM dan Speed Power Prediction sebagai berikut :
Tabel 13. Kurva Engine Propeller Matching.
Tabel 14. Kurva Speed Power Prediction. Penentuan Kebutuhan Listrik di Kapal
Tabel 15. List Kebutuhan Listrik Kapal Data kebutuhan listrik untuk berbagai kondisi pelayaran sebagai berikut :
- Kondisi Pengintaian = 250,06 kW - Kondisi Patroli = 250,06 kW - Kondisi Pengejaran = 273,96 kW - Saat berada di Pelabuhan = 213,95 kW
Dari hasil pemilihan generator pada tabel diatas, maka ditentukan spesifikasi generator sebagai berikut : Merk = Caterpillar. Type = 3516 B. Frek. = 50 Hz. Putaran = 1500 RPM. Daya = 1600 ekW. Dimensi = 5647 x 2110 x 2144 mm. (panjang x lebar x tinggi)
Pemilihan Spesifikasi Shaftgenerator
Dari data kebutuhan listrik untuk berbagai kondisi pelayaran tersebut (pengintaian, patroli, dan saat berada di pelabuhan), maka dipilih shaft generator / alternator sebagai berikut:
Gambar 5. Shaft Alternator. Name = Marine 8 Poles
Item code = 441
Prime Mover = Shaft Alternator PTO / PTI / PTH Mode
Duty = Continuous
Gen. Output PTO = 210 ~ 4.234 [kVA] Gen. Output PTI = Upon request [kWm] Voltage = 380 ~ 690 Volt
Frequency = 50 / 60 Hz RPM = 750 / 900
Over Speed = 1,2 x nominal speed Power Factor = 0,8
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Dari hasil perhitungan tahanan kapal menggunakan software untuk berbagai kondisi kecepatan dinas (patroli, mengintai, serta pengejaran) dapat diketahui bahwa nilai tahanan kapal terebut adalah 171,32 kN ketika melakukan patroli (24 knots), 82,49 kN ketika melakukan pengintaian (18 knots), dan 256,93 kN ketika melakukan pengejaran (35 knots). 2. Berdasarkan perhitungan manual untuk
menentukan desain kebutuhan sistem propulsi maka didapat spesifikasi Main Engine merk MAN B&W 9 L 32/40, Gearbox rasio 1 : 1,419 merk ZF MARINE 20570 (L Duty), Propeller CPP berdiameter 1,97 meter Wageningen B-Series type B5-75, serta 2 buah motor listrik marine use merk SIEMENS IM B
3 1 GG5 634-5EL dengan daya @ 1200 kW yang masing - masing menggerakkan WARTSILA waterjet dengan ukuran nozzle 450 mm.
3. Pitch propeller : 0,95 (mode patroli); 1,04 (mode pengejaran); dan 1,00 (mode pengintaian).
4. Dalam pengaplikasiannya, shaft generator di-running untuk dapat beroperasi menghasilkan daya output sebesar 300 kW guna men cukupi kebutuhan listrik di kapal.
5. Pengoperasian pada kondisi pengintaian (18 knots) dapat dikatakan tidak effisien karena Main Engine beroperasi di bawah kondisi optimum (<60% daya) meskipun telah di kopel dengan shaft generator. Oleh sebab itu pada Kondisi Pengintaian sebaiknya menggunakan propulsi elektrik (motor listrik & waterjet). 6. Seluruh kebutuhan daya listrik di kapal dapat
disuplai oleh daya yang dihasilkan dari pengaplikasian shaft generator, kecuali kebutuhan listrik pada saat kapal melakukan pengejaran (kebutuhan listrik 2522 kW) karena pada kondisi ini dibutuhkan daya untuk menggerakkan 2 buah motor listrik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Pengenalan Sistem Propulsi Kapal, S.W. Adji, 2006
[2] Marine Engineering, Roy L. Harington, hal 246
[3] Gundlach, H.
[4] Koenhardono, E.S., [2004], “Aplikasi Propulsi Hybrid Pada Kapal Ikan Tuna Dengan Pemanfaatan Shaft Generator Sebagai Bagian Sistem Kelistrikan”, Paper Seminar Perikanan. [5] ENGINE-PROPELLER MATCHING,
Ir. Suryo W. Adji, M.Sc CEng. FIMarEST
