STUDI MOTOR PENGGERAK KEMUDI KMP. SULTAN MURHUM SETELAH MENGALAMI PERUBAHAN DIMENSI DAUN KEMUDI

Transkripsi

1 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 STUDI MOTOR PENGGERAK KEMUDI KMP. SULTAN MURHUM SETELAH MENGALAMI PERUBAHAN DIMENSI DAUN KEMUDI Baharuddin Staf pengajar Program Studi Teknik Sistem Perkapalan Jurusan Teknik Perkapalan - Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, Sulsel Telp , baharmarine@yahoo.com Muhammad Iqbal Nikmatullah Alumni Program Studi Teknik Sistem Perkapalan Abstrak Kemudi merupakan salah satu di antara alat mekanis yang dipakai untuk menentukan dan mengatur arah haluan atau maneuvering kapal pada saat berlayar. Pada kapal KMP.SULTAN MURHUM terdapat permasalahan pada daun kemudinya, dimana terjadi getaran yang mengurangi kelincahan pada saat melakukan maneuvering. Oleh karena itu, pemilik kapal menginginkan perubahan ukuran atau dimensi daun kemudi yang tidak sesuai dengan ketentuan maneuvering kapal yang terjadi pada KMP.SULTAN MURHUM sebelumnya. Tujuannya adalah untuk mencegah over maneuvering yang terjadi. Oleh karena itu penulis ingin melakukan penelitian dengan tujuan mengetahui luas daun kemudi dan gaya-gaya yang bekerja pada daun kemudi, dan mengetahui berapa besar daya mesin penggerak kemudi yang dibutuhkan. Gaya-gaya yang bekerja pada daun kemudi akibat perubahan dimensi kemudi maka diperoleh gaya normal daun kemudi (Pn) = 1183,525 N, kapasitas mesin kemudi (Power Steering Gear) (D) = 2,50 Hp. Dari hasil perhitungan luas daun kemudi yang bekerja pada daun kemudi adalah = 0,910 m 2. Kata Kunci Perubahan dimensi daun kemudi, motor penggerak kemudi PENDAHULUAN Daun kemudi dan motor penggerak kemudi merupakan salah satu di antara alat mekanis yang dipakai untuk menentukan dan mengatur arah haluan atau maneuvering kapal. Dari hasil pengamatan dan penelitian para ahli merancang kapal, membuktikan bahwa kelincahan pengemudian kapal (kelincahan olah gerak kapal) dipengaruhi oleh bentuk lambung (bentuk buritan), tenaga baling-baling, bentuk dan ukuran daun kemudi, kemiringan kapal pada waktu berbelok bahkan muatan kapal. Daun kemudi yang tidak sesuai untuk ukuran kapal tertentu memberikan pengaruh yang sangat besar terhadap kapal tersebut pada saat berlayar. Daun dan motor penggerak kemudi lah yang memberikan arah pada saat kapal akan berbelok atau maneuvering dan memberikan balance atau keseimbangan pada saat kapal bergerak lurus. Secara prinsip, motor penggerak kemudi kapal sangat dipengaruhi oleh perancangan, sistem propulsi dan sistem kemudi. Sejumlah elemen tersebut secara langsung memberi pengaruh terhadap gaya-gaya dan momen hidrodinamika yang bekerja pada daun kemudi. Hal lain yang juga bisa berpengaruh adalah akibat kondisi. Daun kemudi yang terlalu besar, Sehingga terjadi ketidaksesuaian antara mesin penggerak kemudi dengan kemudi tersebut pada saat kapal dibelokkan. 53

2 Studi Motor Penggerak Kemudi KMP. Sultan Murhum setelah Mengalami Perubahan Dimensi Daun Kemudi Perubahan yang ingin dilakukan oleh pemilik kapal KMP. Sultan Murhum menyangkut masalah perubahan dimensi daun kemudi yang tidak sesuai dengan ketentuan maneuvering kapal yang terjadi. Tujuannya adalah untuk mencegah over maneuvering yang terjadi pada KMP. Sultan Murhum, pada saat kapal tersebut dibelokkan. Komponen Instalasi Kemudi Sistem Hidrolik Sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga dengan menggunakan zat cair atau fluida sebagai perantara. Sistem hydraulic ini mempunyai banyak keunggulan dibanding jika menggunakan sistem mekanik (Komponen-Komponen System Hidrolik, 2009). Adapun keuntungannya adalah sebagai berikut: a. Dapat menyalurkan torque dan gaya yang besar b. Pencegahan overload tidak sulit c. Kontrol gaya pengoperasian mudah dan cepat d. Pergantian kecepatan lebih mudah e. Getaran yang timbul relatif lebih kecil f. Daya tahan lebih lama Namun sistem hydraulic ini juga mempunyai beberapa kekurangan yaitu: a. Peka terhadap kebocoran b. Peka terhadap perubahan temperatur c. Kadang kecepatan kerja berubah d. Kerja sistem saluran tidak sederhana Fluida berfungsi sebagai media penghantar energi dalam sistem hidrolik. Fungsi yang lain sebagai pelumas, media penghilang kalor yang timbul akibat tekanan yang ditingkatkan, meredam getaran dan suara. Syarat fluida kerja: a. Memiliki sifat pelumas yang baik walaupun terjadi perubahan temperatur dan tekanan b. Memiliki tahanan yang tinggi terhadap putusnya lapisan film c. Sifat kimianya stabil walaupun terjadi perubahan temperatur dan tekanan kerja d. Memiliki viskositas yang merata: nilai viskositas cm 2 e. Memiliki titik beku yang rendah f. Tidak boleh menyerap dan menahan udara agar tidak menimbulkan buih Fungsi Daun Kemudi Salah satu di antara sekian banyak alat-alat mekanis yang dipakai untuk menentukan dan mengatur arah haluan dan maneuvering kapal adalah daun kemudi beserta motor penggerak. Daun kemudi dipasang pada bagian ujung belakang (buritan) kapal, pada posisi ini daun kemudi dapat memberikan control arah yang lebih efektif. Gambaran tentang sifat-sifat dan kebutuhan kapal akan kemudi pada waktu sedang berlayar yang sangat erat hubungannya dengan pengemudian kapal (N.A Soekarsono, 1989) adalah sebagai berikut: 54

3 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 a. Untuk kapal-kapal kecil yang dapat melayari dan memasuki perairan-perairan sempit atau pelabuhan-pelabuhan kecil yang terdapat fasilitas kapal-kapal tunda ataupun kapal yang melayari sungai-sungai membutuhkan kelincahan bergerak dalam arti banyak mengubah arah dalam waktu yang relatif pendek untuk menghindarkan diri dari tabrakan dengan kapal lain atau benda-benda lain yang dapat merusak kapal. b. Untuk kapal-kapal samudera besar yang hanya memasuki pelabuhan-pelabuhan besar, dimana fasilitas-fasilitas pembantu seperti kapal-kapal tunda tersedia, dan bila sedang berlayar di lautan bebas pengubahan arah kapal jarang dilakukan maka dibutuhkan kemantapan arah gerak. Berdasarkan sifat-sifat dan kebutuhan kapal ini, maka besarnya lengkungan yang dibuat oleh badan kapal waktu berbelok atau besarnya jari-jari lengkungan adalah menjadi suatu ukuran kemampuan dari setiap kapal untuk mengolah gerak (kemampuan olah gerak suatu kapal). Jadi jelaslah fungsi dari daun kemudi adalah memberikan balance atau arah gerak kapal, baik dalam berbelok (maneuvering) maupun arah gerak lurus. Gaya-Gaya yang Bekerja pada Daun Kemudi Jika dimisalkan daun kemudi yang tenggelam dalam air digerakkan ke muka tanpa ada kapal di depannya serta diberikan sudut daun kemudi tertentu misalkan starboard, maka akan terjadi gangguan aliran sehingga kecepatan aliran pada kedua sisi daun kemudi akan berlainan. Menurut hukum Bernoulli di bagian starboard dimana kecepatannya akan naik, tekanan akan turun sebaliknya di bagian portside kecepatan aliran berkurang dan tekanannya bertambah. Oleh pemberian sudut ke starboard akan timbul perbedaan tekanan antara kedua sisi yang mengakibatkan timbul sebuah gaya yang mengarah ke portside. Gaya ini disebut gaya normal daun kemudi Pn yang tegak lurus daun kemudi. Gambar 1. Gaya-gaya pada daun kemudi. (Sumber: N.A Soekarsono, 1989) 55

4 Studi Motor Penggerak Kemudi KMP. Sultan Murhum setelah Mengalami Perubahan Dimensi Daun Kemudi Oleh gerakan ke muka timbul gaya tahanan air P t yang sejajar dengan center line kemudi. Resultan kedua gaya Pn dan P t menghasilkan gaya P yang kemudian dapat diuraikan menjadi dua komponen yaitu komponen D yang sejajar pada center line kapal yang mengarah ke belakang disebut Drag dan komponen L yang tegak lurus D yang mengarah ke samping disebut Lift. Momen Torsi Daun Kemudi Hasil perkalian antara gaya normal maksimum pada kemudi dan jarak titik pusat gaya tekan terhadap pusat rotasi adalah momen torsi kemudi, yang mana sebesar harga ini harus diberikan steering gear untuk menggerakkan daun kemudi. Berdasarkan ketentuan ( Biro Klasifikasi Indonesia, 2001), ditentukan rumus torsi daun kemudi sebagai berikut: Untuk spade rudder: = ( ) (1) r b = b ( - kb) = lebar daun kemudi = 0,66 untuk kondisi di buritan (umum) kb = faktor balance (Af / A) = 0.2 Gaya dan Momen Yang Bekerja Pada Spade Rudder Berdasarkan ketentuan dari ( Biro Klasifikasi Indonesia, 2001), analisis gaya dan momen yang bekerja pada daun kemudi dapat ditentukan rumus sebagai berikut: Gambar 2. Sistem spade rudder. (Sumber: Biro Klasifikasi Indonesia, 2001) 56

5 - Beban pada badan kemudi (PR) Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 =. 10 ( / ) (2) - Momen lentur pada neck bearing (Mb) = + (2 + ) 3( + ) ( ) (3) - Gaya yang bekerja pada Upper bearing (B3) = (4) - Gaya yang bekerja pada Neck bearing (B2) = + (5) Kapasitas Mesin Kemudi (Steering Gear Pump) Kapasitas mesin kemudi (power steering gear) dapat ditentukan berdasarkan, gaya dan momen yang bekerja pada mesin tersebut yang telah dihitung sebelumnya yaitu gaya normal daun kemudi (Pn). Kemudian langkah selanjutnya mencari Momen puntir (Mp) yang ada pada kemudi, untuk mengetahuinya maka dirumuskan sebagai berikut. = ( ) ( ) (6) a = Jarak poros kemudi (m) x = (0, ,305 sin α).c (m) Pn = AR. Vr2. sin α (N) Dan untuk mengetahui kapasitas mesin kemudi (Power steering gear) (D) adalah dapat dirumuskan sebagai berikut. = 1,4 /(1.000 ) ( ) (7) nrs = 1/3 x a/t α = 35º τ = 30º sg = 0,1 ~ 0,35 57

6 Data Kapal Studi Motor Penggerak Kemudi KMP. Sultan Murhum setelah Mengalami Perubahan Dimensi Daun Kemudi Ukuran Utama Kapal: Panjang seluruhnya (Loa) : 36,4 m Panjang antara garis tegak (Lpp) : 31,5 m Lebar (Bm/d) : 8,7 m Tinggi samping (Hm/d) : 2,65 m Sarat (D) : 1,65 m Kecepatan (Vs) : 10,5 Knot Spesifikasi Daun Kemudi (Sebelum Perubahan) Lebar : 845 mm Tinggi (I 10) : mm Tebal : 153 mm Luas daun kemudi : 1.4 m 2 I 20 (Jarak antara daun kemudi atas dengan neck bearing) : 0,23 m I 30 (Jarak antara upper bearing dengan neck bearing) : 1,013 m Spesifikasi Daun Kemudi (Sesudah Perubahan) Lebar : 680 mm Tinggi : mm Tebal : 153 mm Luas daun kemudi : m 2 Jarak antara daun kemudi atas dengan neck bearing : 0,26 m Jarak antara upper bearing dengan neck bearing : 1,013 m Analisa Dimensi Daun Kemudi dan Gaya-Gaya pada Daun Kemudi Perhitungan Luas Daun Kemudi: Penentuan luas daun kemudi sebagaimana ditetapkan Dalam buku Rules BKI Vol. 2 Section 14 (Biro Klasifikasi Indonesia, 2001), diberikan formula sebagai berikut: =.... 1, ( ) (8) Dimana; c1 c2 c3 c4 L = Faktor untuk type kapal = 1,0 (umum) = Faktor untuk type daun kemudi = 1,0 (umum) = Faktor profil daun kemudi = 1,0 (daun kemudi pelat) = Faktor perencanaan daun kemudi = 1,0 = Panjang kapal (LBP) = 31,5 m 58

7 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 Jadi ; T A = Sarat kapal = 1,65 m = 1,0 x 1,0 x 1,0 x 1,0 x = 0,910 m 2 1,75x31,5 x1, Kecepatan Aliran Pada Daun Kemudi (Vr): Vr V0 = 1,15 x V0 (m / sec) = 10,5 x 0,5144 m/sec = 5,401 m/sec Sehingga: Vr = 1,15 x 5,401 = 6,221 m/sec Gaya Daun Kemudi (CR): = 132 ( ) Maka: A = Luas daun kemudi = 0,910 m 2 V = kecepatan kapal = 5,401 m/s k1 = Koefisien yang berhubungan dengan aspect ratio k1 = ( + 2) / 3 ; tidak boleh lebih dari 2 At = A + luas rudder horn, jika ada = 0,910 h = tinggi daun kemudi = 1,2 m = h 2 / At = 2,993 k1 = (2, ) / 3 = 1,664 CR = 132 x 0,910 x 5,4012 x 1,664 x 1,1 x 1,0 x 1,0 = 6412,644 N = 6,412 KN Gaya Normal Daun Kemudi (Pn): = 58,8 sin AR = 0,910 m 2 59

8 Studi Motor Penggerak Kemudi KMP. Sultan Murhum setelah Mengalami Perubahan Dimensi Daun Kemudi Vr = 6,211 m / sec α = 350 sehingga: Pn = 1183,525 N Titik pusat gaya tekan pada daun kemudi dapat dihitung sebagai berikut: = (0, ,305 sin ) ( ) dimana: Sehingga: c x = lebar rata-rata daun kemudi (sesudah perubahan) = 0,540 m = 0,198 m Jadi, jarak titik pusat gaya tekan adalah = 0,198 m dari leading edge. Momen Torsi Daun Kemudi (QR): = CR = Gaya daun kemudi (rudder force) = 6,412 KN r = b x ( - kb) b = lebar daun kemudi (sesudah perubahan) = 0,540 m = 0,66 untuk kondisi di buritan (umum) kb = faktor balance (Af / A) = 0,23 r = 0,54 x (0,66 0,23) = 0,2322 Maka: QR = 1489,016 Nm = 1,489 KNm Radius Sirkulasi Kapal: =. /(.. cos ) Δ = displacement volume kapal = 278,092 m 3 Ar = 0,910 m 2 K3 = 0,2999 CN.Cos = 1,03 60

9 Sehingga: R Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 = 89,045 m Balance Ratio (kb): Balance ratio atau koefisien kompensasi (kb) adalah nilai dari luas bagian depan tongkat kemudi (pada kemudi balansir) dibagi dengan luas keseluruhan kemudi. Dimana nilainya berkisar antara (0,1~0,35). Penggunaan koefisien kompensasi biasa dilakukan agar kemudi menghasilkan momen putar yang sangat kecil pada tongkat kemudi, sehingga memperkecil kekuatan motor penggerak kemudi. Dari definisi di atas dapat diperoleh nilai balance ratio. kb = A Af = 0,323 Kecepatan Aliran Air Pada Daun Kemudi (Vr): = 1,15 ( / ) Dimana : Jadi, V0 V0 Vr = Kecepatan kapal maksimum = 10,5 knot = 10,5 x 0,5144 m/sec = 5,401 m/sec = 6,211 m/sec Diameter tongkat kemudi (Du dan DL): = 4,2. ( ) dimana: QR = Momen torsi = 1,489 knm kr = Koefisien tergantung dari material rudder stock =. untuk ReH > 235 N/mm 2 Maka: Dt = Jenis material KI 304 L ; ReH = 400 N/mm 2 = (235 / 400) 0.75 = = 41,989 mm 61

10 Studi Motor Penggerak Kemudi KMP. Sultan Murhum setelah Mengalami Perubahan Dimensi Daun Kemudi - Diameter kemudi bagian atas yang hanya mentransfer momen torsi dari alat bantu steering gear dapat dihitung sebagai berikut: Du = 0,9 x Dt = 37,799 mm - Untuk penambahan diameter rudder stock: = ( ) = 63,400 mm - Pelindung tongkat daun kemudi (shaft linner) Tebal shaft linner dapat dihitung sebagai berikut: dimana: maka: ts dt ts = 0,03 x dt + 7,5 (mm) = diameter tongkat daun kemudi = 41,989 mm = 8,760 mm Tebal Pelat Daun Kemudi: Tebal pelat daun kemudi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut: = 1, ,5 ( ) dimana: Maka, a V0 t = jarak lengan penegar, tidak boleh lebih dari 1 m = 1 m = kecepatan kapal (knot) = 10,5 knot = 18,25 mm Perhitungan Kapasitas Mesin Kemudi (Steering Gear Pump) Kapasitas mesin kemudi (power steering gear) dapat ditentukan berdasarkan, gaya dan momen yang bekerja pada mesin tersebut yang telah dihitung sebelumnya yaitu gaya normal daun kemudi (Pn) dengan nilai yang diperoleh adal ah 1.183,525 N. Kemudian mencari 62

11 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 Momen puntir (Mp) yang ada pada kemudi dengan menggunakan persamaan 6, maka diperoleh: = 1.183,525 (0,198 1,013) = 964,398 kgm = 0,964 Ton/m Kapasitas mesin kemudi ( Power steering gear) (D) dengan menggunakan persamaan 7 adalah sebagai berikut. dimana: = 1,4 (1.000 ) ( ) Mp = 865,707 kgm nrs = 1/3 x a/t α = 35o τ = 30o sg = 0,1 ~ 0,35 = dipilih 0,35 Maka : D = 2,50 HP Pembahasan Untuk menggerakkan 2 unit kemudi dipasang 1 unit mesin kemudi Electro Hydraulic tipe teletwin yang dilengkapi dengan 1 (satu) unit motor listrik, yang ditempatkan di ruang mesin kemudi. Tipe teletwin dapat menggerakkan 2 poros daun kemudi secara singkron karena terhubung secara mekanik oleh mesin kemudi. SIMPULAN Setelah menghitung gaya-gaya yang bekerja pada kemudi akibat perubahan dimensi kemudi, maka diperoleh gaya normal daun kemudi (Pn) = 1.183,525 N, kapasitas mesin kemudi (Power steering gear) (D) = 2,50 HP. Dari hasil perhitungan luas daun kemudi yang sesuai dengan gaya-gaya yang bekerja pada daun kemudi adalah: 0,910 m². DAFTAR PUSTAKA Biro Klasifikasi Indonesia, 2001, Peraturan Konstruksi Mesin, Jilid II, Jakarta. Biro Klasifikasi Indonesia, 2000, Peraturan Tentang Bahan dan Las, Jilid V, Jakarta. Edward. V, Lewis Principles Of Naval Architecture, Second Revition, Volume II Resistance, Propulsion ang Vibration Editor Pubishet by The Society Of Naval Achitects and Marine Enginers Pavonia Avenue Jercy City Desember 2009 (Online) 63

12 Studi Motor Penggerak Kemudi KMP. Sultan Murhum setelah Mengalami Perubahan Dimensi Daun Kemudi Komponen - Komponen Sistem Hidrolik., 2009 yang diakses di - komponen Merchant Ships Design Handbook, 1978, Book Three, Basic Design, The Kansai Society of Naval Architects, Japan. Merchant Ships Design Handbook, 1978, Book Five, Outfitting (I), The Kansai Society of Naval Architects, Japan Moch. Sofi dan Indra Kusna Djaja, 2008, Jilid II, Teknik Konstruksi Kapal Baja, Jakarta. Soekarsono,N.A, 1989, Sistem dan Perlengkapan Kapal, Jakarta 64