PROGRAM PASCASARJANA TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA PRESENTASI Engine Propeller Matching B Series Propeller FPP Oleh : Ede Mehta Wardana Nurhadi Raedy Anwar Subiantoro
Tujuan 1. Memberikan informasi tentang Penggunaan Propeller Jenis FPP pada Kapal. 2. Menganalisa data propeller FPP yang telah dilakukan pengujian dalam menentukan matching point. 3. Mengetahui kecocokan antara mesin induk dengan propeller FPP yang digunakan.
Data Kapal dan Propeller No Data Kapal Kapal Model dengan Skala : 9.92 www.themegallery.com 1 LPP 45.65 m 2 LWL 46.13 m 4.65 m 3 Breadth 9.6 m 0.968 m 4 Draught Fwd 2.75 m 0.277 m 5 Draught Aft 2.75 m 0.277 m 6 Volume 683 m 3 0.70 m 3 7 LCB 0.54% LPP Beberapa parameter dari kapal yang digunakan : (1+k) : 1.580 CA : 0.00075 Propeller model yang digunakan adalah Type B series : Diameter : 1.6 m P/D pada 0.7R : 0.7 Ae/Ao : 0.654 Jumlah blade Z : 4 Arah putar : Putar kanan 400 rpm
Hasil Pengujian Model Kapal Untuk mengetahui karakteristik dari kapal beberapa pengujian telah dilakukan diantaranya Resistance Test, Open Water Test dan Ship Propulsion Test. 1) Resistan Test bertujuan untuk mengetahui tahanan dari kapal. Besarnya gaya hambat total ini merupakan jumlah dari semua komponen gaya hambat (tahanan) yang bekerja di kapal, meliputi tahanan gesek, tahanan gelombang dan tahanan udara; 2) Open Water Test adalah Pengujian ini dilakukan dengan memutar propeller pada kecepatan tertentu dengan memvariasikan kecepatan Va, sehingga akan dapat diukur nilai Speed, Rpm, Thrust dan Torque dari Propeller. Dengan demikian akan dapat dicari effisiensi propeller ( 0) dan KT, KQ dari Open water testnya; 3) Ship Propulsion Test adalah Pengujian ship propulsion test dilakukan dengan speed variasi dan load variasi, dimana tujuan dari pengujian ini adalah untuk mencari Thrust deduction factor (t) dan wake friction (w). Pada pengujian diukur nilai Speed, Towing force, Rpm, Thrust, Torque.
Hasil Pengujian Resistan Test No V M (m/s) RT M (Kg) 1 0.000 0.000 2 1.638 3.588 3 1.718 4.016 4 1.802 4.305 5 1.880 4.799 6 1.970 5.092 7 2.047 5.448 8 2.127 5.902 9 2.210 6.638 10 2.292 7.660 Tabel 1. Hasil Resistance Test Model Kapal Catatan : Pengukuran suhu kolam uji 26 deg C
Hasil Pengujian Open Water Test www.themegallery.com No J Rps Speed Speed Torque Thrust (N) (m/s) (knot) (Nm) 0 0 21 0.000 0 89.904 1.591 1 0.050 21 0.170 1.04 85.793 1.532 2 0.100 21 0.339 2.08 81.322 1.467 3 0.150 21 0.509 3.11 76.550 1.397 4 0.200 21 0.678 4.15 71.479 1.323 5 0.250 21 0.848 5.19 66.138 1.244 6 0.300 21 1.018 6.23 60.406 1.161 7 0.350 21 1.187 7.27 54.704 1.074 8 0.400 21 1.357 8.31 48.643 0.982 9 0.450 21 1.526 9.34 42.371 0.888 10 0.500 21 1.696 10.38 35.920 0.789 11 0.550 21 1.865 11.42 29.288 0.687 12 0.600 21 2.035 12.46 22.536 0.581 13 0.650 21 2.205 13.50 15.604 0.473 14 0.700 21 2.374 14.54 8.582 0.362 15 0.750 21 2.544 15.57 1.470 0.248 Tabel 2. Hasil Pengujian Open Water Test
Hasil Pengujian Ship Propulsion Test VM N RTM T SHAFT Q SHAFT (m/s) (RPS) (N) (N) (Nm) 1.649 16.706 10.59 33.92 0.637 1.811 18.954 11.06 44.07 0.836 1.869 19.027 26.49 41.52 0.801 1.869 17.026 36.28 30.07 0.583 1.97 21.506 12.71 57.87 1.106 1.971 15.027 45.21 20.16 0.394 2.138 23.812 18.48 70.61 1.363 2.303 26.213 18.53 86.28 1.680 Tabel 3. Hasil Self Propulsion Test
Perhitungan Tahanan Kapal Berdasarkan Hasil Pengujian Tahanan Model Kapal Dari data-pengujian resistance model kapal dilakukan perhitungan dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Menghitung bilangan Froude Number V Fn = gl Pada kecepatan model 1.9 m/s maka nilai Fn dengan nilai gravitasi 9.81 m/s 2 adalah : 1.9 Fn = = 0.2916 9.81 x 4.65 2. Menghitung Reynolds Number Model Rn = VL υ Pada kecepatan pengujian 1.9 m/s maka nilai Rn model dengan nilai viscositas kinematik (υ) = 8.64 x 10-7 adalah : Rn(m) = VL υ 1.9 x 4.65 = = 1.065 x107 8.64 E;07 3. Menghitung Coeffisient Tahanan Model(C TM ) C T = RT 1 2 ρ S V2 Pada kecepatan model 1.9 m/s maka nilai coeffisien tahanan model adalah: C TM = RT 1 = 5.092 x 9.81 2 ρ S V2 0.5 x 1000 x 4.874 x 1.9 2 = 0.00528
Lanjutan : 5. Menghitung Coeffisient Tahanan Residual (C R ) C R = C TM C FM (1 + k) Pada kecepatan model 1.9 m/s maka nilai coeffisien friksi model dengan asumsi (1+k) = 1.5800 adalah: C R = C TM C FM 1 + k = 0.00528 0.00297 1.5800 = 0.00059 6. Menghitung nilai dari Vs, Rns, C FS dan C TS dari kapal berdasarkan data pengujian model kapal ditransfer ke dalam niali sebenarnya sehingga: V s = V M λ (m s) Pada kecepatan 1.9 m/s maka V s = 1.9 9.92 = 6.20415(m s) Rn(s) = V S L S υ Pada kecepatan yang sama mempunyai nilai Rn(s) = C FS = 6.20415 46.13 1025 0.075 log10 Rn(s);2 2 = 3.3134 E+08 Pada kecepatan yang sama didapatkan nilai C FS = 0.00176 C TS = 1 + k C FS + C R + C A Dengan memasukkan nilai yang telah ada didapatkan nilai C TS pada kecepatan kapal 6.20415 m/s adalah 0.00413 7. Menghitung Total Tahanan Kapal R TS R TS = 0.5 ρ S V S 2 C TS (kn) 1000 R TS = 0.5 1025 479.6 6.204152 0.00413 1000 = 39.06 (kn)
Lanjutan : 8. Menghitung Daya Effective (PE) PE = R TS x Vs PE = 39.06 x 6.20415 = 242.30 kw 9. Menghitung PE Service (PE SM ) dengan factor 15% PE S = PE * 1.15 PE S = 242.3 * 1.15 = 278.66 kw
Hasil Perhitungan Tahanan Kapal 1 MODEL V M R TM Fn (Rn) M C TM C FM C R (m/s) (N) 1.6382 35.20 0.2426 8.8199E+06 0.00538 0.00307 0.00054 1.7183 39.40 0.2544 9.2508E+06 0.00548 0.00304 0.00067 1.8016 42.23 0.2667 9.6992E+06 0.00534 0.00302 0.00057 1.8800 47.08 0.2783 1.0121E+07 0.00547 0.00299 0.00074 1.9698 49.95 0.2916 1.0605E+07 0.00528 0.00297 0.00059 2.0466 53.44 0.3030 1.1018E+07 0.00524 0.00295 0.00057 2.1266 57.90 0.3149 1.1449E+07 0.00525 0.00293 0.00062 2.2099 65.12 0.3272 1.1898E+07 0.00547 0.00291 0.00087 2.2916 75.14 0.3393 1.2337E+07 0.00587 0.00289 0.00130 Tabel 4. Hasil Perhitungan Tahanan Kapal
Hasil Perhitungan Tahanan Kapal 2 KAPAL DAYA V S (Rn) S C FS C TS V S R TS PE PE Sm (m/s) (knots) (kn) (kw) (kw) 5.160 2.7557E+08 0.00181 0.00414 10.03 27.12 139.93 160.92 5.412 2.8903E+08 0.00180 0.00426 10.52 30.67 165.98 190.88 5.674 3.0304E+08 0.00179 0.00414 11.03 32.80 186.13 214.05 5.921 3.1623E+08 0.00178 0.00429 11.51 36.98 218.96 251.81 6.204 3.3134E+08 0.00176 0.00413 12.06 39.06 242.30 278.65 6.446 3.4426E+08 0.00176 0.00410 12.53 41.85 269.76 310.23 6.698 3.5772E+08 0.00175 0.00413 13.02 45.57 305.22 351.00 6.960 3.7173E+08 0.00174 0.00437 13.53 52.00 361.94 416.23 7.218 3.8547E+08 0.00173 0.00478 14.03 61.23 441.95 508.24 Tabel 5. Hasil Perhitungan Tahanan Kapal
Perhitungan koefisien propeller berdasarkan pengujian Open Water Test model propeller Berdasarkan hasil pengujian open water test dilakukan perhitungan sebagai berikut : 1. Menghitung Thrust Coefficien (KT) T K T = ρ n 2 D 4 Dari pengujian open water test pada J = 0.6 nilai Coefficien Thrust adalah: 22.536 K T = = 0.0751 1000 21 2 0.16 4 2. Menghitung Torque Coefficient (KQ) Q K Q = ρ n 2 D 5 Dari pengujian open water test pada J = 0.6 nilai Coefficien Thrust adalah: 0.581 K Q = = 0.012 1000 21 2 0.16 5 10 KQ = 0.12 3. Menghitung Effisiensi Etha 0 ( 0) J = V A J = nd 2.035 21 0.16 = 0.6 Pada J = 0.6 maka nilai dari ( 0) adalah: JK η0 = T η0 = 2πK Q 0.6 0.0751 2 3.14 0.012 = 0.598
Hasil Perhitungan Open Water Test No J Rps Speed Thrust Torque Speed Va (m/s) (N) (Nm) (knot) KT KQ 10KQ Eff 0 0.00 21 0.0000 89.904 1.591 0.000 0.2996 0.0328 0.3283 0.000 1 0.05 21 0.1696 85.793 1.532 1.038 0.2859 0.0316 0.3160 0.072 2 0.10 21 0.3392 81.322 1.467 2.077 0.2710 0.0303 0.3026 0.143 3 0.15 21 0.5088 76.550 1.397 3.115 0.2551 0.0288 0.2883 0.211 4 0.20 21 0.6783 71.479 1.323 4.153 0.2382 0.0273 0.2730 0.278 5 0.25 21 0.8479 66.138 1.244 5.191 0.2204 0.0257 0.2567 0.342 6 0.30 21 1.0175 60.406 1.161 6.230 0.2013 0.0240 0.2395 0.402 7 0.35 21 1.1871 54.704 1.074 7.268 0.1823 0.0222 0.2215 0.459 8 0.40 21 1.3567 48.643 0.982 8.306 0.1621 0.0203 0.2027 0.509 9 0.45 21 1.5263 42.371 0.888 9.344 0.1412 0.0183 0.1832 0.552 10 0.50 21 1.6959 35.920 0.789 10.383 0.1197 0.0163 0.1627 0.586 11 0.55 21 1.8654 29.288 0.687 11.421 0.0976 0.0142 0.1417 0.603 12 0.60 21 2.0350 22.536 0.581 12.459 0.0751 0.0120 0.1199 0.598 13 0.65 21 2.2046 15.604 0.473 13.497 0.0520 0.0098 0.0976 0.551 14 0.70 21 2.3742 8.582 0.362 14.536 0.0286 0.0075 0.0747 0.427 15 0.75 21 2.5438 1.470 0.248 15.574 0.0049 0.0051 0.0512 0.114 Tabel 6. Perhitungan Open Water Test
KT-10KQ www.themegallery.com Grafik Open Water Test 0.70 Diagram Open Water Test 0.60 0.50 KT 10 kq EFF 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 J
Buat Grafik Coeffisien KT-J pada diagram Open Water Test Perhitungan w dan t dicontohkan pada kecepatan 12 knots kapal dimana nilainya adalah; 1. Menghitung thrust deduction faktor : t = T TP:F D ;R TM = 57.85:12.71;49.95 = 0.35626 T TP 57.85 2. Menghitung w berdasarkan Thrust identity analysis (KT) wt berdasar KT = 0.567;0.357 = 0.33862 0.567 3. Menghitung w berdasarkan Torque identity analysis (KQ) wt berdasar KQ = 0.567;0.35 0.567 = 0.38272 Jadi nilai dari w = (0.33862+0.38272)/2 = 0.36067 4. Menghitung effisiensi hull ηh = 1;t 1;w = 1;0.35626 1;0.36067 = 1.0068
INTERAKSI PROPELLER DAN LAMBUNG KAPAL Dari sisi tahanan kapal, sebagaimana diketahui bahwa : R T = 0.5 C T S V 2 S R T = α V 2 S α= 0.5 C T S Bahwa gaya dorong kapal T = R (1;t) T = α V S 2 (1;t) T S = dengan w = 1 (Va/Vs) αv A 2 (1;t) 1;w 2 Karakteristik propeller T K T = ρ n 2 D 4 T = K T ρ n 2 D 4 Maka : K T = α V A 2 1;t 1;w 2 ρ n 2 D 4 α jika β = 1;t 1;w 2 ρ D 2 K T = β V A 2 n 2 D 2 K T = β J 2 Menghitung nilai α = 0.5 C T S = 0.5 *1025*0.0042*479.6 = 1019.36 Menghitung nilai β = 1014.65 0.644 0.6393 2 1025 1.6 2 = 1.476
Hasil Perhitungan KT trial dan KT-sm Dengan memvariasikan nilai J dari 0-0.75 maka akan kita dapatkan tabel sebagai berikut : No J J^2 KT-trial KTsm 0 0 0.0000 0.0000 0.0000 1 0.05 0.0025 0.0037 0.0042 2 0.1 0.0100 0.0148 0.0170 3 0.15 0.0225 0.0332 0.0382 4 0.2 0.0400 0.0591 0.0679 5 0.25 0.0625 0.0923 0.1061 6 0.3 0.0900 0.1329 0.1528 7 0.35 0.1225 0.1809 0.2080 8 0.4 0.1600 0.2362 0.2717 9 0.45 0.2025 0.2990 0.3438 10 0.5 0.2500 0.3691 0.4245 11 0.55 0.3025 0.4466 0.5136 12 0.6 0.3600 0.5315 0.6112 13 0.65 0.4225 0.6238 0.7173 14 0.7 0.4900 0.7234 0.8320 15 0.75 0.5625 0.8305 0.9551
Grafik KT trial dan KT sm Grafik digabung dengan diagram Open water test maka didapatkan sebagai berikut :
Beban dari Propeller Pada kecepatan 12 knots dari grafik KT dan open water diketahui bahwa pada perpotongan garis KT dan grafik open water adalah : KT Trial berpotongan dengan garis KQ-Trial pada nilai 0.021 KT-sm berpotongan dengan garis KQ-sm pada nilai 0.022 Didalam mengembangkan trend karakteristik beban propeller, variabel yang terlibat adalah propeller torque dan propeller speed. Untuk propeller torque merupakan hasil pengolahan secara grafis dari hull & propeller interaction, yaitu KQ dan KQ SM yang kemudian dikembangkan seperti persamaan dibawah ini, K Q = Q ρ n 2 D 5 Q = K Q ρ n 2 D 5 jika γ = K Q ρ D 5 maka : Q = γ n 2 Sedangkan Daya yang dibutuhkan dihitung dengan rumus: P = 2. Π.Q. n
Lanjutan 1. Untuk KQ Trial = 0.021 maka nilai Q dapat dihitung dengan memfariasikan putaran propeller sehingga dibuat range dari 100 Rpm sampai dengan 400 Rpm, sehingga didapatkan table berikut : Rpm Rps Q-trial PE Trial (kw) Pb-Trial (kw) 100 1.7 626.96 6.56 12.997 150 2.5 1410.66 22.15 43.865 200 3.3 2507.84 52.50 103.976 250 4.2 3918.51 102.53 203.078 300 5.0 5642.65 177.18 350.919 350 5.8 7680.27 281.35 557.247 400 6.7 10031.38 419.98 831.809 Tabel 8. Perhitungan P-trial
Lanjutan 2. Untuk KQ -sm = 0.022 maka nilai Q dapat dihitung dengan memfariasikan putaran propeller sehingga dibuat range dari 100 Rpm sampai dengan 400 Rpm, sehingga didapatkan table berikut : Rpm Rps Q-sm PE-sm (kw) Pb-sm (kw) 100 1.7 656.82 6.87 13.847 150 2.5 1477.84 23.20 46.733 200 3.3 2627.27 55.00 110.774 250 4.2 4105.10 107.42 216.355 300 5.0 5911.35 185.62 373.861 350 5.8 8046.00 294.75 593.677 400 6.7 10509.06 439.98 886.189 Tabel 9. Perhitungan P-sm
Daya (kw) Speed (Knots) www.themegallery.com Grafik hubungan daya dengan kecepatan serta putaran propeller Rpm Vs Daya Vs Speed 900 700 P-sm P-Trial Series3 Poly. (Series3) 14 13 500 12 300 11 100 10 300 325 350 375 400 Putaran (Rpm) Catatan : Dari grafik diatas terlihat bahwa untuk mencapai kecepatan 12 knot kondisi service diperlukan putaran 342 rpm dengan daya 540 bkw.
Pengecekan Kavitasi Langkah-langkah yang dilakukan adalah : 1. Menghitung Thrust propeller T = Pe 1;t vs T = 278.65 = 69.772 kn 0.644 6.204 2. Menghitung kecepatan relative va = vs (1 w) va = 6.2 0.639 = 3.966 Vr 2 = Va 2 + (0,7 x x n x D) 2 Vr 2 = 3.966 2 + (0,7 x 3.14x (372/60) x 1.6) 2 Vr 2 = 491.154 Data-data dari propeller B-series yang digunakan adalah : D = 1.6 m Pitch root = 1.12175 m Pitch at 0.7 R = 1.12175 m Ap = 0.3998 m 2 P/D at 0.7 = 0.7 Ae/Ao = 0.654 Ap/Ao = 0.597 3. Menghitung tc tc = T/Ap 0.5 ρ V r 2 tc = 69.772/0.3998 0.5 1025 491.15 tc = 0.00069
Diagram Kavitasi Bumi Catatan : Pada 0.7 R = 0.7 diketahui nilai tcrit adalah 0.17 Dari hasil perhitungan nilai tc < dari tcrit sehingga aman dari kavitasi
Engine Matching Berdasarkan data yang ada, jika engine pada speed 12 knot bekerja pada 85% MCR maka pada 100 % engine akan bernialai sebesar 540 kw x 1.34 x 1.176 = 850 Bhp maka dipakai mesin 1000 Bhp. Dari pemilihan mesin didapatkan Engine Caterpillar C32 Acert A rating dengan daya maksimum 1000 Bhp Data spesifikasi mesin adalah sebagai berikut : Emissions............ IMO/EPA Tier 2 Compliant; EU Stage 3A Inland Waterway; Accepted as equivalent CCNR Stage II; DnV clean design compliant Displacement...................32.1 L (1958.8 in3) Rated Engine Speed............ 1600-2300 Bore...........................145 mm (5.7 in.) Stroke........................ 162 mm (6.4 in.) Aspiration......... Twin Turbocharged-Aftercooled Governor...................... Electronic Cooling System.....Heat Exchanger or Keel Cooled Weight, Net Dry (approx.)........ 3220 kg (7100 lb) Refill Capacity Cooling System (engine only)......80 L (21.1 gal) Lube Oil System (refill)...........138 L (36.5 gal) Oil Change Interval...............500 hr Caterpillar Diesel Engine Oil 10W30 or 15W40 Rotation (from flywheel end)..... Counterclockwise Flywheel and flywheel housing..... SAE No. 0
Penentuan Gigi Reduksi Dari spek data bahwa engine bekerja pada 1000 Bhp pada 1800 Rpm sedangkan propeller didesign 400 Rpm maka digunakan gigi reduksi. Untuk Gigi reduksi digunakan produk Reintjers Type WAF 464 yang mempunyai daya 1100 bhp dengan perbandingan gigi 4.577 :1 WAF 464 4.577 Rpm Engine Pbsm/k w bhp/sm 100 457.7 13.8 18.6 150 686.6 46.7 62.6 200 915.4 110.8 148.5 250 1144.3 216.4 290.0 300 1373.1 373.9 501.1 342 1565.3 553.9 742.5 350 1602.0 593.7 795.8 400 1830.8 886.2 1187.9 Caterpillar C32 Acert 1000 bhp Rpm Reintjers 4.577 BkW Bhp 600 131.09 145 194 700 152.94 190 255 900 196.64 315 422 1000 218.48 355 476 1100 240.33 400 536 1200 262.18 450 603 1400 305.88 671 899 1500 327.73 707 948 1600 349.57 746 1000 1700 371.42 746 1000 1800 393.27 746 1000
Lanjutan Daya Propeller dan Engine Caterpillar C32 Acert 1000 bhp Demand prop Rpm Reintjers 4.577 BkW Bhp 600 131.09 28 37 700 152.94 44 59 900 196.64 93 125 1000 218.48 128 171 1100 240.33 170 228 1200 262.18 221 296 1400 305.88 351 471 1500 327.73 432 579 1600 349.57 524 702 1700 371.42 628 842 1800 393.27 746 1000
Grafik Engine Propeller Curve www.themegallery.com
Kesimpulan : Dari perhitungan di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa : 1. Dengan design untuk 12 knots dibutuhkan putaran propeller sekitar 342 rpm dengan daya 540 kw 2. Effisiensi propeller pada kecepatan tersebut hanya sebesar 0.46 jauh dari effisiensi maksimum open water yang bisa didapat yaitu 0.603. 3. Propeller tidak mengalami cavitasi berdasarkan perhitungan yang dilakukan. 4. Engine yang dipilih Cat 1000 Bhp dengan menggunakan gigi reduksi Reintjers dengan perbandingan 4.48/1 5. Dengan menggunakan Engine 1000 Bhp maka propeller dapat didayagunakan sampai putaran 375 rpm, sehingga kapal dapat mencapai kecepatan berkisar 13.2 knots pada kondisi 94% MCR
Daftar Pustaka : 1. 2013,H Otto Kristensen. Prediction of Resistance and Propulsion Power Of Ships, DTU. 2. 2012, Speed And Powering Prediction For Ships Based On Model Testing, Norwegian University of Science and Technology. 3. 2007, Carlton, JS, Marine propellers and propulsion second edition, Butterworth-Heinemann. 4. 2002, Testing and Extrapolation Methods Resistance, ITTC. 5. 2002, Testing and Extrapolation Methods Propulsion, Propulsor Open Water Test, ITTC. 6. 1998, Edward V. L, Principle of Naval Achitecture Vol. II, Jersy City
LOGO