USULAN BIDANG
MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD)
Oleh:
Hanifuddien Yusuf NRP. 4211106011
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
PENDAHULUAN
TINJAUAN PUSTAKA
•
METODOLOGI
•
ANALISA DAN PEMBAHASAN
•
KESIMPULAN DAN SARAN
Latar belakang masalah :
Kebutuhan akan kapal cepat untuk menjaga wilayah perairan
di Indonesia
Mayoritas kapal cepat dalam operasinya memanfaatkan
propulsor submerged propeller, surface propeller, propeller
super kavitasi atau waterjet. Perumusan masalah:
Bagaimanakah membuat bentuk lambung dengan tahanan
yang paling rendah dengan nilai displacement yang paling tinggi untuk missile boat kecepatan 70 knot berdasarkan model kapal perang Iran?
Bagaimana cara menentukan waterjet yang tepat untuk missile
boat?
Berapakah nilai efficiency propulsive pada waterjet yang
Batasan masalah :
Menghitung besarnya efficiency propulsive hanya pada
penggunaan waterjet sebagai sistem propulsi pada kapal
missile boat berkecepatan 70 knot.
Analisa hanya dilakukan pada sistem propulsi yang
menggunakan waterjet pada kapal missile boat berkecepatan 70 knot.
Tujuan penulisan:
Mengetahui cara kerja waterjet sebagai sistem propulsi kapal. Menentukan sistem propulsi yang tepat pada missile boat
dengan membandingkan nilai efisiensi propulsif dari waterjet dengan nilai efisiensi propulsif dari propeller super kavitasi.
Manfaat :
Memberikan solusi dalam perancangan sistem
propulsi pada kapal cepat.
Mengetahui cara menentukan kebutuhan
waterjet
yang sesuai dengan kecepatan 70 knot. Dapat dijadikan acuan dalam perancangan
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
Daya efektif (PE)
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 dorong (PT)
Daya Dorong (PT) adalah besarnya daya
yang dihasilkan oleh kerja dari alat gerak
kapal (
propulsor
) untuk mendorong badan
kapal.
Daya yang disalurkan (PD)
Daya yang disalurkan 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 kemudiandirubahnya menjadi Daya Dorong kapal (PT). Daya poros (PS)
Daya poros adalah daya yang terukur hingga daerah di depan bantalan tabung poros (
stern
tube
) dari sistem perporosan penggerak kapal.Efisiensi pada sistem waterjet: Efisiensi waterjet
Perbandingan antara output energi terhadap input energi pada sistem propulsi
waterjet
disebut effisiensi jet (ηj) Efisiensi pompa
Perbedaan daya inlet dengan outlet karena
bentuk konstruksi pompa dan adanya losses akibat bersentuhan dengan bagian – bagian pompa.
Efisiensi sistem transmisi
Karena daya penggerak utama ditransmisikan melalui perlengkapan – perlengkapan
transmisi maka akan timbul kerugian – kerugian daya yang dikeluarkan oleh penggerak utama hingga sampai ke pompanya.
Efisiensi lambung kapal
Seperti pada kapal – kapal pada umumnya, efisiensi lambung kapal dapat ditentukan dari wake efektif (w) dan thrust deduction
Efisiensi propulsif keseluruhan (OPC)
Kemampuan sistem propulsi menyeluruh diperhitungkan sebagai efisiensi propulsif overall (
Overall Propulsive Coefficient
) yang ditinjau dari energi yang diberikan penggerak pompa, kerugian transmisi sampai padakeluaran daya efektif yang berguna untuk menggerakkan kapal.
Identifikasi dan Perumusan Masalah Studi Literatur
Pengumpulan Data
Perancangan Lambung
Penentuan Main Engine
Perhitungan Eficiency Propulsive Total Penentuan Spesifikasi Water jet
Analisa sistem penggerak Saran Saran Selesai Penentuan waterjet Perhitungan OPC Perancangan kapal Perancangan daya engineminimal Studi literatur Identifikasi dan
perumusan masalah •Data kapal •Spec Main Engine •Spec Waterjet Pengumpulan data •Buku •Jurnal •Artikel •Paper •Tugas akhir •Internet
Identifikasi dan perumusan masalah
Perancangan model kapal.
Data kapal pembanding 1 Nama Kapal : Zolfaqar
Pada lambung kapal yang diperoleh dari permodelan
dengan menggunakan foto – foto missile boat milik Iran. Sehingga dapat diketahui nilai tahanan awal pada missile boat tersebut. Dan juga didapatkan bentuk lambung
sebagai berikut : Lpp : 20.653 meter Lwl : 21.273 meter B : 4.2 meter H : 2.2 meter T : 1.2 meter Cb : 0.388 Vs : 70 knots Disp : 39.8 ton Rt : 103.41 kN
Pada perancangan selanjutnya hasil dari perancangan awal
dimodifikasi sedemikian rupa sehingga memperoleh nilai
displacement yang tinggi tanpa ada kenaikan nilai
tahanan. Sehingga didapat bentuk lambung kapal sebagai berikut : Lpp : 20.653 meter Lwl : 21.273 meter B : 5 meter H : 2.5 meter T : 1.2 meter Cb : 0.434 Vs : 70 knots Disp : 51.7 ton Rt : 102.95 kN
Untuk mendapatkan nilai daya total yang
dibutuhkan maka perlu menginput beberapa parameter yaitu:
Bentuk lambung hasil perancangan di maxsurf Metode yang digunakan, dalam hal ini
menggunakan savitsky planing.
Kecepatan kapal
Efisiensi, dalam perencanaan ini menggunakan
effisiensi 85%
Nilai 1+k, yang didapat dari:
Untuk mendapatkan nilai daya total yang
dibutuhkan maka perlu menginput beberapa parameter yaitu:
Bentuk lambung hasil perancangan di maxsurf Metode yang digunakan, dalam hal ini
menggunakan savitsky planing.
Kecepatan kapal
Efisiensi, dalam perencanaan ini menggunakan
effisiensi 85%
Nilai 1+k, yang didapat dari:
Dari grafik di atas didapat dari data berikut :
Maka dari tabel di atas dapat diketahui nilai tahanan total untuk
model lambung yang sudah dirancang tersebut. Pada kecepatan 70 knot tahanan totalnya adalah sebesar 102.95 kN.
Speed
(knot) Savitsky
pre-planning resist (kN) Savitsky pre-planing power (HP) Savitsky planing Resist. (kN) Savitsky planing Power. (HP) Holtrop Resist (kN) Holtrop Power (HP) 63 -- -- 90.55 3935.54 239.07 10390 64.75 -- -- 93.47 4175.34 248.69 11109 66.5 -- -- 96.51 4427.68 258.44 11856 68.25 -- -- 99.67 4692.93 268.3 12633 70 -- -- 102.95 4971.45 278.29 13439
Dari nilai tahanan tersebut, langkah selanjutnya yaitu: 1. Perhitungan daya efektif kapal (EHP) (3707.31kW)
2. Perhitungan gaya dorong yang dibutuhkan kapal (51.48 kN) 3. Perhitungan BHP awal dengan OPC 0.5 (@ 3707.31 kW)
4. Perhitungan SHP (3633.17 kW)
5. Perhitungan fraksi arus ikut (w) (0.05)
6. Perhitungan laju aliran massa (m) (3814.38 kg/s)
7. Perhitungan efisiensi jet ideal dan efisiensi jet aktual (nj ideal =0.86 ; nj aktual = 0.618)
8. Perhitungan Overall Propulsive Coefficient (OPC) (0.58)
9. Kebutuhan Power Engine pada kecepatan maksimal a. Perhitungan DHP (3218.79 kW)
b. Perhitungan SHP (3284.48 kW)
c. Perhitungan BHPscr (3351.51 kW) d. Perhitungan BHPmcr (3351.51 kW)
Daya keluaran pada kondisi maksimum dari motor induk, dimana besarnya 10%-20%atau menggunakan engine margin sebesar 0.
Daya BHPscr diambil 100% BHPmcr = BHPscr/1
= 4494.45 HP = 3351.51 KW
Maka dipilih turbin gas VERICOR TF40 dengan Continous power 2983 kW, Boost power 3430 kW. Sedangkan untuk pemilihan waterjet berdasarkan besar DHP sebesar 3218.79 kW, yang diplot pada diagram sebagai berikut :
Spesifikasi turbin gas : Merk : VERICOR Tipe : TF40 Continous power : 2983 kW Boost power : 3430 kW Putaran : 15400 RPM Spesifikasi waterjet: Merk : Wartsilla Tipe : 910 size Tipe pompa : 8, axial flow Putaran max : 2200 RPM
Power min : 2100 kW pada 15 Knot Power max : 5400 kW pada 45 Knot
Engine Waterjet Matching 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 500 1000 1500 2000 BH P (k W ) RPM
Power vs Speed waterjet max Limit of MCR ME Manouvering Astern Waterjet Manouvering Ahead Waterjet Nominal Power 100% Normal Operation Waterjet
Untuk penentuan kecepatan service kapal, dengan mengunakan nilai BHP pada matching point yaitu sebesar 818.67 kW dan putaran dari gearbox
sebesar 1155 RPM. Dengan pengurangan akibat losses pada shaft dan sistem waterjet., sehingga diketahui nilai Vs :
Metode Savitsky Vs = 27 Knot
Untuk perhitungan dalam kemungkinan terjadinya kavitasi dapat dilakukan dengan mengetahui nilai Nss (Putaran spesifik hisap) yang tidak boleh
melebihi 13400. Pada perancangan waterjet yang dipilih menggunakan
gearbox dengan rasio 1 : 8. Sehingga nilai Nss tidak melebihi batas, seperti berikut.
Untuk memastikan bahwa displacement kapal yang dirancang sudah memenuhi persaratan terhadap berat kapal beserta muatannya, maka dilakukan perhitungan: Perhitungan LWT
Untuk mengetahui nilai LWT yaitu dengan mengetahui nilai dari parameter – parameter berikut :
1. Berat baja kapal (Wst)
2. Berat outfit dan akomodasi (Woa) 3. Berat Instalasi permesinan (Wm) 4. Berat Cadangan (Wres)
LWT = Wst+Woa+Wm+Wres = 32.65 ton
Perhitungan DWT
Perhitungan DWT untuk kapal missile boat ini berdasarkan kebutuhan muatan
consumable yang terdiri dari : 1. Kebutuhan bahan bakar MDO 2. Kebutuhan minyak pelumas 3. Kebutuhan air tawar (Wfw) 4. Berat muatan missile
DWT = Berat bahan bakar + Berat minyak pelumas + Berat air tawar + Berat missile
= 15.86 ton
Selisih Displ. = 51.7 ton - 48.51 ton = 3.19 ton
Dalam pemilihan gearbox menggunakan rasio 1 : 8, dimana pemilihannya dengan cara memesan di produsen gearbox. Perencanaan awal dalam pemesanan adalah : Penentuan nilai rasio dan torsi gearbox pada gearbox 1
Ratio perencanaan = 1 : 2 Diameter gear = 1 m
Diameter pinion = 0.5 m
Torsi yang bekerja = 9779.65 Nm
Penentuan nilai rasio dan torsi gearbox pada gearbox 1 Ratio perencanaan = 1 : 4
Diameter gear = 1 m Diameter pinion = 0.3 m
Pada perancangan lambung awal didapat nilai tahanan sebesar 103.41
kN dengan displacement 39.8 ton. Lalu pada bentuk lambung yang baru didapat nilai tahanan sebesar 102.95 kN dengan nilai displacement
sebesar 51.7 ton. Penambahan nilai displacement tersebut dikarenakan pelebaran lambung di daerah parallel middle body, sedangkan untuk mencegah bertambahnya nilai tahanan maka di bagian haluan
diperuncing.
Power yang dibutuhkan sebesar 3351.51 kW pada kecepatan 70 Knot.
Dengan nilai daya yang dibutuhkan Main Engine tersebut, pemilihan
Main Engine yang sesuai adalah turbin gas, karena bobotnya yang
ringan, getaran yang ditimbulkan kecil dan ruangan untuk instalasi yang lebih kecil dibanding dengan diesel engine dan turbin uap.
Turbin gas yang dipilih menghasilkan putaran tinggi. Sedangkan untuk
mengatasi putaran tinggi yang dihasilkan, dapat menyebabkan kavitasi di impeller pompa, maka untuk mengatasi hal tersebut, digunakanlah gearbox yang dapat mereduksi putaran dengan perbandingan 1 : 8.
Untuk sistem penggeraknya menggunakan Wartsilla waterjet 910 size.
Dengan nilai OPC (Efficiency overall) waterjet sebesar 58%. Penentuan ukuran nozzle pada catalog Wartsilla waterjet tersebut diperoleh dari nilai OPC asumsi untuk mengetahui nilai SHP, yaitu sebesar 50%.
Kesimpulan
1. Dalam perancangan lambung, nilai tahanan
yang kecil dapat dicapai dengan bentuk lambung yang runcing di bahian haluan, dan bentuk
lambung planning hull yang dapat mengurangi tahanan di kecepatan tinggi.
2. Dalam pemilihan waterjet yang perlu
diketahui adalah nilai daya pada shaft, yang nantinya akan disalurkan ke poros pompa waterjet.
3. Nilai OPC (efficiency overall) dari waterjet
4. Pada turbin gas memiliki putaran sebesar 15400
RPM, sedangkan pada pompa waterjet putaran max sebesar 2200 RPM. Sehingga memerlukan gearbox dengan rasio 1 : 8 untuk menurunkan putaran menjadi 1925 RPM.
5. Untuk sistem transmisinya menggunakan 2 buah gearbox
yang berfungsi untuk menyatukan daya kedua engine dan
membaginya untuk kedua waterjet serta mereduksi putaran dari ME.
6. Karena nilai efisiensi propulsif dari propeller super kavitasi
lebih besar dari nilai efisiensi waterjet, maka penggerak yang sesuai untuk missile boat berkecepatan 70 knot adalah propeller super kavitasi.
Saran
Untuk selanjutnya dapat dikembangkan dengan mensimulasikan terjadinya planning pada kapal tersebut, untuk dapat
mengetahui apakah desain step hull pada kapal missile boat
Adji, S.W., 2006. Pengenalan Sistem Propulsi Kapal. Morley S. Smith, Speed Boat Developments from the
Past Into the Future
H. Poehls, Lectures on Ships Design & Ship Theory, Rina 1977
Adji, S.W., 2005. Engine Propeller Matching.
D.G.M. Watson (1998). Practical Ship Design, British
Library Cataloguing in Publication Data, ISBN: 0-08-044054- I, Netherlands
Haris Ari, 2010. Menghitung Efisiensi Propulsif, Tehnik Sistem Perkapalan
ITS, http://www.scribd.com/doc/59317371/29/II-3-10-5-MENGHITUNG-EFISIENSI-PROPULSIF
