USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD) Oleh: Hanifuddien Yusuf NRP

Transkripsi

1 USULAN BIDANG MARINE MANUFACTURE AND DESIGN (MMD) Oleh: Hanifuddien Yusuf NRP JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

2 PENDAHULUAN TINJAUAN PUSTAKA METODOLOGI ANALISA DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA

3 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 dipilih?

4 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. Mengetahui cara memilih waterjet pada perancangan kapal.

5 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 sistem propulsi kapal kapal cepat.

6 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).

7 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.

8 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 balingbaling kapal (propeller) yang kemudian dirubahnya 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.

9 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.

10 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 factornya (t).

11 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 pada keluaran daya efektif yang berguna untuk menggerakkan kapal.

12 Identifikasi dan Perumusan Masalah Studi Literatur Pengumpulan Data Perancangan Lambung Penentuan Main Engine Perhitungan Eficiency Propulsive Total Penentuan Spesifikasi Water jet Penarikan Kesimpulan dan Saran

13 Mulai Buku Jurnal Artikel Paper Tugas akhir Internet Identifikasi dan perumusan masalah Studi literatur Identifikasi dan perumusan masalah Pengumpulan data Perancangan kapal Data kapal Spec Main Engine Spec Waterjet Perancangan daya engine minimal Penentuan waterjet Perhitungan OPC Analisa sistem penggerak Saran Saran Selesai

14 Perancangan model kapal. Data kapal pembanding 1 Nama Kapal : Zolfaqar Top Speed : 70 knot

15 Pada lambung kapal yang diperoleh dari permodelan dengan menggunakan foto foto missile boat milik Iran. Sehingga dapat diketahui nilai tahanan awal pada missile boa tersebut. Dan juga didapatkan bentuk lambung sebagai berikut : Lpp : meter Lwl : meter B : 4.2 meter H : 2.2 meter T : 1.2 meter Cb : Vs : 70 knots Disp : 39.8 ton Rt : kn

16 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 : meter Lwl : meter B : 5 meter H : 2.5 meter T : 1.2 meter Cb : Vs : 70 knots Disp : 51.7 ton Rt : kn

17 Lines Plan

18 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: (1+k 1 ) + (1+k 2 )

19 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: (1+k 1 ) + (1+k 2 )

20 Grafik Power vs Speed

21 Dari grafik di atas didapat dari data berikut : Speed (knot) Savitsky preplanning resist (kn) Savitsky preplaning power (HP) Savitsky planing Resist. (kn) Savitsky planing Power. (HP) Holtrop Resist (kn) Holtrop Power (HP) 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 kn.

22 Dari nilai tahanan tersebut, langkah selanjutnya yaitu: 1. Perhitungan daya efektif kapal (EHP) ( kW) 2. Perhitungan gaya dorong yang dibutuhkan kapal (51.48 kn) 3. Perhitungan BHP awal dengan OPC kw) 4. Perhitungan SHP ( kw) 5. Perhitungan fraksi arus ikut (w) (0.05) 6. Perhitungan laju aliran massa (m) ( 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 ( kw) b. Perhitungan SHP ( kw) c. Perhitungan BHPscr ( kw) d. Perhitungan BHPmcr ( kw)

23 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 = HP = KW Maka dipilih turbin gas VERICOR TF40 dengan Continous power 2983 kw, Boost power 3430 kw. Sedangkan untuk pemilihan waterjet berdasarkan besar DHP sebesar kw, yang diplot pada diagram sebagai berikut :

24 Spesifikasi turbin gas : Merk Tipe Continous power Boost power Putaran : VERICOR : TF40 : 2983 kw : 3430 kw : 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

25 Engine Waterjet Matching Power vs Speed waterjet max Limit of MCR ME BHP (kw) Manouvering Astern Waterjet Manouvering Ahead Waterjet Nominal Power 100% 0 Normal Operation Waterjet RPM

26 Untuk penentuan kecepatan service kapal, dengan mengunakan nilai BHP pada matching point yaitu sebesar 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

27 Untuk perhitungan dalam kemungkinan terjadinya kavitasi dapat dilakukan dengan mengetahui nilai Nss (Putaran spesifik hisap) yang tidak boleh melebihi Pada perancangan waterjet yang dipilih menggunakan gearbox dengan rasio 1 : 8. Sehingga nilai Nss tidak melebihi batas, seperti berikut.

28 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 = 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 = ton Selisih Displ. = 51.7 ton ton

29 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 = Nm Penentuan nilai rasio dan torsi gearbox pada gearbox 1 Ratio perencanaan = 1 : 4 Diameter gear = 1 m Diameter pinion = 0.3 m Torsi yang bekerja = Nm

30 Hasil perancangan :

31 Pada perancangan lambung awal didapat nilai tahanan sebesar kn dengan displacement 39.8 ton. Lalu pada bentuk lambung yang baru didapat nilai tahanan sebesar kn dengan nilai displacement sebesar 51.7 ton. Penambahan nilai displacemen tersebut dikarenakan pelebaran lambung di daerah parallel middle body, sedangkan untuk mencegah bertambahnya nilai tahanan maka di bagian haluan diperuncing. Power yang dibutuhkan sebesar 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%.

32 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 yang dipilih yaitu sebesar 58%.

33 4. Pada turbin gas memiliki putaran sebesar 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 tersebut sudah berfungsi atau belum.

34 Adji, S.W., 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., Engine Propeller Matching. D.G.M. Watson (1998). Practical Ship Design, British Library Cataloguing in Publication Data, ISBN: I, Netherlands Haris Ari, Menghitung Efisiensi Propulsif, Tehnik Sistem Perkapalan ITS,