Analisa Pemilihan P/D Ratio Propeller Jenis CPP pada Kapal dengan Shaft Generator Akibat Variasi Kecepatan Kapal. Oleh: Satria Perdana Sakti Dosen Pembimbing: Ir. Eddy Setyo K, M.Sc,
ABSTRAK PT. Meratus Line adalah perusahaan pelayaran terbesar di Indonesia. Perusahaan ini bergerak dalam bidang jasa pengiriman barang khususnya melalui container. Salah satu kapal milik PT. Meratus Line adalah MV.Musi River. MV.Musi River adalah kapal semicontainer yang menggunakan satu motor induk dan propeller jenis CPP. Pada kapal MV. Musi River sebenarnya memiliki shaft generator tipe PTO/ RCF dan tiga buah diesel generator. Tetapi pada kenyataannya, shaft generator tersebut sudah tidak lagi dioperasikan sehingga hanya menggunakan dua buah paralel generator saja untuk mensupply kebutuhan listrik di kapal. Selain itu rute dari pelayaran kapal ini tidak untuk satu line saja (Surabaya-Kendari), tetapi dapat melayani rute-rute di Indonesia sehingga perlunya variasi kecepatan kapal agar dapat sampai tujuan tepat pada waktunya. Analisa pemilihan P/D ratio ini bertujuan untuk mengetahui pada kecepatan berapa kapal ini beroperasi dengan asumsi menggunakan diagram Open Water Test propeller jenis FPP. Selain itu, analisa P/D ini juga dapat mengetahui berapa sisa daya dari motor induk yang dapat digunakan untuk menggerakkan shaft generator akibat dari variasi kapal yang berbeda-beda, sehingga kita dapat mengetahui seberapa effisien kapal pada saat beroperasi. Kata Kunci: : CPP, FPP, Shaft Generator, variasi kecepatan, diagram Open Water Test. Latar Belakang Masalah Persaingan di dunia perkapalan di Indonesia, baik transportasi laut maupun barang semakin berkembang. Hal ini membuat owner kapal berupaya untuk meningkatkan kualitas mutu operasional kapal dan berpikir untuk menciptakan effisiensi pada operasional kapal sehingga biaya operasional dapat diminimalkan. Hal tersebut menjadi sangat penting bagi sebuah owner kapal. Selain itu, produksi daya listrik dikapal juga memiliki peran yang sangat penting untuk operasional kapal. Sehingga perlunya perencanaan sebuah pembangkit daya listrik yang harus mampu memenuhi kebutuhan listrik dikapal secara kontinu. Dan oleh karena itu, kebanyakan kebutuhan lisrik dikapal disyaratkan disupply dengan menggunakan dua buah generator dan sebuah generator darurat/ standby. Seiring perkembangan jaman, perkembangan teknologi dalam dunia perkapalan telah meningkat dengan pesat. Begitu juga teknologi elektronika dalam bidang marine, juga mengalami perkembangan teknologi yang sangat pesat. Salah satu kemajuan teknologi pada dunia perkapalan adalah shaft driven generator. Dimana shaft driven generator ini digerakkan dengan poros yang digerakkan oleh motor induk, baik secara langsung maupun tidak langsung. Penggunaan shaft generator untuk menghasilkan tenaga listrik telah dipergunakan sejak tahun 1960-an, terutama pada kapal-kapal besar, karena mampu mengurangi biaya bahan bakar dan biaya operasional, [Gundlach, H., 1972]. Hal ini dikarenakan biaya
bahan bakar merupakan biaya terbesar kedua, setelah upah anak buah kapal. PT. Meratus Line adalah perusahaan pelayaran terbesar di Indonesia. Perusahaan ini bergerak dalam bidang jasa pengiriman barang khususnya melalui container. Salah satu kapal milik PT. Meratus Line adalah MV.Musi River. MV.Musi River adalah kapal semicontainer yang menggunakan satu motor induk dan propeller jenis CPP. Dengan adanya CPP, maka kecepatan kapal dapat berubah-ubah tanpa mengurangi putaran dari motor induk. Kapal ini melayani beberapa rute di Indonesia, sehingga perlunya variasi kecepatan kapal agar dapat sampai tujuan tepat pada waktunya. Merubah kecepatan pada kapal dapat dilakukan dengan menggunakan CPP tanpa harus merubah RPM pada motor induk. Pada kapal MV. Musi River sebenarnya memiliki shaft generator tipe PTO/ RCF dan tiga buah diesel generaor. Tetapi pada kenyataannya, shaft generator tersebut sudah tidak lagi dioperasikan sehingga hanya menggunakan dua buah paralel generator saja untuk mensupply kebutuhan listrik di kapal. Perumusan Masalah MV. Musi River merupakan tipe kapal semicontainer dengan rute pelayaran yang relatif jauh (Surabaya-Kendari). Dalam pengoperasiannya kapal ini menggunakan propeller jenis CPP dimana kecepatan dinas kapalnya dapat diubah tanpa merubah putaran motor induk. Kondisi ini cocok apabila kapal tersebut menggunakan (mengoperasikan) shaft generatornya untuk
kebutuhan listrik di kapal sehingga dapat menghemat kebutuhan bahan bakar kapal. Namun kenyataannya, kebutuhan listrik disupply oleh dua generator listrik yang dirangkai parallel. Selain itu rute dari pelayaran kapal ini tidak untuk satu line saja (Surabaya-Kendari), sehingga perlunya variasi kecepatan kapal agar dapat sampai tujuan tepat pada waktunya. Merubah kecepatan pada kapal ini dapat dilakukan dengan menggunakan CPP tanpa harus merubah RPM pada motor induk. Maka, rumusan masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah seberapa besar efisiensi daya pada shaft generator tipe PTO/ RCF yang menggunakan propeller jenis CPP dengan kecepatan yang bervariasi. Shaft Driven Generator Generator disamping mempunyai motor penggerak sendiri, ada juga yang dapat digerakkan oleh shaft dari main engine. Keuntungan yang didapatkan dari generator berpenggerak sebuah poros adalah dapat mengurangi pemakaian bahan bakar. Sebuah generator yang digerakkan oleh motor induk secara langsung ataupun tidak langsung disebut Shaft Driven Generator. Jenis generator ini umumnya dapat digunakan untuk mensupply kebutuhan listrik untuk seluruh kebutuhan di kapal ataupun hanya pada beberapa permesinan saja. Pada saat ini sebuah shaft driven generator banyak dijumpai pada kapal yang menggunakan Controlable Pitch Propeller (CPP), sebagai cotoh adalah MV. Musi River. Cara kerja shaft generator di kapal yaitu dengan menggunakan sebagian daya (daya sisa) dari motor induk yang kemudian ditransmisikan dengan peralatan transmisi ke beban (umumnya menggunakan generator AC). Kekurangan dari Shaft Driven Generator ini adalah bagaimana cara untuk menghasilkan frekuensi yang konstan akibat dari fluktuasi frekuensi listrik yang dihasilkan. Adapun cara yang dapat digunakan untuk menghasilkan frekuensi yang konstan, diantaranya adalah: 1. Generator DC dengan AVR mensuplai DC/AC motor altenator set. 2. Generator AC dengan rectifier mensuplai DC/AC motor altenator set. 3. Generator AC menggunakan converter statis. 4. Generator induksi dengan motor altenator set. 5. Altenator yang digerakkan dengan variable ratio power take off dari engine yang biasanya menggunakan variable ratio epicyclic gearbox. Keuntungan dan Kerugian Shaft Driven Generator Penggunaan shaft generator di kapal sebagai penghasil listrik dapat memberikan beberapa keuntungan sebagai berikut [Eddy Setyo, 1998]: 1. Tingkat Kenyamanan Tingkat kenyamanan anak buah kapal dan penumpang akan meningkat, karena tingkat
kebisingan dan getaran turun. Dimana sumber terbesar kebisingan dan getaran di sebuah kapal selain motor induk adalah motor bantu (motor diesel generator) sehingga bila saat kapal berlayar motor bantu tidak dioperasikan, maka sumber kebisingan dan getaran akan berkurang. 2. Tingkat Pencemaran Tingkat pencemaran akibat gas buang akan menurun, karena terjadinya gas buang berkurang. Dimana surnber terbesar penghasil gas buang di sebuah kapal adalah motor induk dan motor bantu (motor diesel generator), sehingga bila saat kapal berlayar motor bantu tidak dioperasikan maka sumber penghasil gas buang akan berkurang. 3. Tingkat Reliability Tingkat reliability shaft driven generator lebih tinggi dibandingkan dengan motor diesel generator. 4. Perawatan Pada saat kapal berlavar, motor bantu tidak dioperasikan sehingga akan memperlama usia teknis motor bantu dan akan mengurang biaya perawatan. 5. Biaya Bahan Bakar Produksi listrik oleh shaft driven generator didasarkan pada harga heavy fuel oil yang setengah harga bahan bakar marine diesel oil. Sehingga akan menghemat pengeluaran bahan bakar. 6. Dimensi dan Berat Permesinan Dimensi dan berat shaft driven generator jauh lebih rendah dibandingkan motor bantu. Jenis-Jenis Shaft Generator Pada dasarnya shaft driven generator dapat dikelompokkan menjadi dua kategori utama yaitu [MAN B&W Diesel]: 1. Shaft driven generator tanpa sistem kontrol frekwensi. Shaft driven generator tipe ini adalah yang paling sederhana, dimana hanya dioperasikan selama kondisi pelayaran. Adapun sebagai contoh dari tipe ini adalah PTO/ GCR (Power Take Off/ Gear Constant Ratio), terdiri dari: kopling yang fleksibel (flexible coupling), roda gigi penaik putaran (step up gear), kopling kaku torsional dan altenator. 2. Shaft driven generator dengan sistem kontrol frekwensi. Ada dua tipe dari shaft driven generator dengan sistem kontrol frekwensi, pertama yaitu: yang bekerjanya sistem secara mekanis hidrolis (dinamakan PTO/ RCF = Power Take Off/ Renk Constant Frequency). PTO/ RCF terdiri dari: kopling yang fleksibel, roda gigi penaik putaran, kopling kaku torsional, RCF gear dan altenator. Sedangkan tipe kedua yaitu: yang bekerjanya sistem secara elektris (dinamakan PTO/ CFE = Power Take Off/ Constant Frequency Electrical). PTO/ CFE terdiri dari:
kopling yang fleksibel, roda gigi penaik putaran, kopling kaku torsional, altenator, dan peralatan kontrol listrik. Sedangkan penggunaan PTO pada penggunaan shaft driven generator membuat penyambungan dan pelepasan antara shaft driven generator dan motor induk menjadi sederhana. Untuk alasan ini PTO/ RCF menjadi populer digunakan di kapal.
Secara umum system CPP terdiri dari beberapa komponen [Ship Design for Fuel Economy Part 1]: 1. Hub propeller dengan blade dimana pitchnya dapat digerakkan dari kondisi full ahead ke kondisi full astern. 2. Poros propeller dengan kotak distribusi minyak. 3. Sistem hidrolis. 4. Sistem remote kontrol. Pengoperasiannya dapat dilakukan dengan dua system yaitu system pull-push rod system dan hub piston system. Pada sistem pull-push rod digunakan batang panjang yang dihubungkan dari poros kapal menuju hub baling-baling. Sedangkan pada hub piston system, batang piston diletakkan pada hub baling-baling.
Gambar 1. PTO/ Gear Constant Ratio
Gambar 2. PTO/ Renk Constant Frequency
Gambar 4. Baling-baling jenis CPP
Karakteristik CPP Karakteristik dari CPP dapat kita ketahui berdasarkan dari beberapa diagram propeller, diantaranya diagram dari KT, KQ dan effisiensi.
Gambar 3. PTO/ Constant Frequency Electrical
Controllable Pitch Propeller (CPP) Controllable Pitch Propeler adalah sebuah propeler yang dapat pitch propelernya dapat diatur. Pitch adalah jarak aksial yang ditempuh/diambil oleh propeler pada satu kali putaran penuh (3600). Pada prinsipnya, pengertian pitch pada propeler, jika dianalogikan akan sama dengan gear pada mobil [WordPress.com].
Gambar 5. Grafik KT, KQ dan efisiensi
Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa CPP dapat berubah-ubah nilai P/Dnya, tetapi masih dalam satu type propeller B4-70.
merupakan gaya hambat dari media fluida yang dilalui oleh kapal saat beroperasi dengan kecepatan tertentu. Besarnya gaya hambat total ini merupakan jumlah dari semua komponen gaya hambat (tahanan) yang bekerja di kapal, meliputi 1. Tahanan Gesek (friction) 2. Tahanan Gelombang (wave making) 3. Tahanan Tambahan (Appendages) 4. Tahanan Udara 5. Tahanan Transom 6. Tahanan Bull-Bous Bow 7. Tahanan Koreksi model kapal (model allowace) Secara sederhana tahanan total kapal dapat diperoleh dengan persamaan, sebagai berikut: (Metode Guldhammer-Harvald)
RT = 0.5 ´ r ´ CT ´ S ´ VS2 (1) RT = a ´ VS2
Gambar 6. Engine Envelope MAK dengan CPP curve
Setelah memilih variasi P/D, maka dapat kita buat kurva dari karakteristik dari CPP dengan P/D yang bervariasi dan putaran engine yang konstan. Engine Propeller Matching Engine Propeller Matching adalah metode untuk melihat apakah karakteristik beban porpeller dapat dipikul oleh motor penggerak utama untuk menjalankan kapal dengan kecepatan service pada Service Continous Rating. Analisa EPM ini terdiri dari grafik propeller load, grafik karakteristik speed-power pada main engine (engine envelope) dan tabel speed power prediction. Salah satu tahapan yang sangat berpengaruh didalam melaksanakan proses Analisa Engine - Propeller Matching adalah tahap pemodelan dari karakteristik badan kapal yang dirancang/diamati. Hal ini disebabkan karena Karakteristik Badan Kapal mempunyai efek langsung terhadap karakteristik baling-baling (propeller). Tahanan Kapal Pada prinsipnya bahwa kecepatan aliran air yang menuju ke propeller akan berbeda dengan kecepatan kapal. Jika propeller bekerja pada posisi sebenarnya yaitu belakang lambung kapal pada air yang telah terganggu akibat badan kapal, maka air pada daerah buritan akan mengalami efek dari kecepatan air yang bergerak maju dari arah haluan ke buritan kapal. Gerakan air tersebut dikenal dengan (Wake). Interaksi ini merupakan upaya pendekatan diatas kertas untuk mendapatkan karakteristik kinerja baling-baling saat beroperasi untuk kondisi behind the ship. Interaksi ini memiliki kesimpulan bahwa Tship minimal harus sama atau lebih kecil dari Tprop untuk bisa menjalankan kapal pada VS. Tahanan kapal ini
(2)
Dimana, r = massa jenis fluida (Kg/m3) CT = Koefisien tahanan total kapal S = Luas permukaan basah/ wet surface area (m2) Vs = Kecepatan service kapal (m/s)
Gambar 7. Kurva karakteristik tahanan kapal terhadap kecepatan
Daya Propulsi Ada beberapa pengertian mengenai daya yang sering digunakan dalam melakukan estimasi terhadap kebutuhan daya poada sistem penggerak kapal, antara lain: a) Daya efektif/ effective power (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 service Vs. Daya Efektif ini merupakan fungsi dari besarnya gaya hambat total dan kecepatan kapal. Untuk mendapatkan besar daya efektif kapal, dapat digunakan rumus sebagai berikut: PE(kWatt)=RT (kN)´VS(knot atau m/s) (3)
b)
c)
d)
e)
f)
Daya dorong/ thrust power (PT) besarnya daya yang dihasilkan oleh kerja dari alat gerak kapal (propulsor) untuk mendorong badan kapal. Daya Dorong merupakan fungsi dari gaya dorong dan laju aliran fluida yang terjadi saat alat gerak kapal bekerja. PT = T ´ Va (4) Daya yang disalurkan/ delivered power (PD) 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 kemudian dirubah menjadi daya dorong kapal (PT). Variabel yang berpengaruh pada daya ini adalah Torsi Yang Disalurkan dan Putaran balingbaling, Persamaan untuk menghitung PD adalah sebagai berikut: PD=2p QD np (5) Dimana, PD = daya yang disalurkan, kWatt QD = Torsi baling-baling kondisi dibelakang badan kapal, kNm np = Putaran baling-baling, rpm atau dengan persamaan: PD=EHP ´ PC ; (6) PC= hhull ´ hp ´ hrr (7) PC= ((1-t)/(1-w)) ´ (40%~70%) ´ (1.02~1.05) (8) Dimana, PC = Koefisien Propulsi t = thrust deduction factor w = wake fraction hhull = efisiensi lambung hp = efisiensi propeler (bisa dihitung dengan grafik KT-KQ-J) hrr = efisiensi relative-rotative Daya poros/ shaft power (PS) adalah daya terukur hingga daerah didepan bantalan tabung poros (stern tube) dari sistem perporosan penggerak kapal. Besarnya daya poros adalah daya dari motor penggerak dikurangi lossess yang terjadi pada gear box (pada motor penggerak 4 langkah) dan bearing. Juga tergantung pada panjang dan kemiringan poros. Daya rem/ brake power (PB) adalah daya yang dihasilkan oleh motor penggerak utama (main engine) dengan tipe marine diesel engine. Dan juga sebagai ukuran dalam menentukan kapasitas daya engine. Sebagai inisial daya yang digunakan pabrikan dalam memberi nilai besar daya sebuah motor diesel (power specification). Daya yang diindikasi/ indicated power (PI) daya ini berhubungan dengan sifat perlakuan termodinamik secara kimiawi
yakni energi yang dihasilkan dalam proses pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar. Ini adalah daya mula yang dihasilkan sebelum menjadi PB setelah berkurang dengan adanya losses gesekan piston oleh dinding silinder dan gerakan crank shaft yang berputar bergesekan dengan bearing. Daya ini ditentukan dan telah di setting oleh pabrikan dengan berbagai ketentuan mengenai kualitas bahan bakar, temperatur pendingin silinder, kualitas udara kompresi yang harus dipatuhi oleh pemakai agar mendapatkan nilai PI yang maksimal. Masing-masing Komponen tersebut mempunyai hubungan sebagai berikut:
PE PE PT PD PB = . PI PT PD PB PI
(9)
Atau
h T = h Hh Bh Sh m
(10)
Propeller Karateristik Gaya Dorong (Thrust) kapal merupakan komponen yang sangat penting, yang mana digunakan untuk mengatasi Tahanan (Resistance) atau Gaya Hambat kapal. Pada kondisi yang sangat-sangat ideal, besarnya gaya dorong yang hambat yang terjadi dikapal. Namun kondisi tersebut sangat sangat tidak realistis, karena pada faktanya di badan kapal tersebut terjadi phenomena hidrodinamis yang menimbulkan degradasi terhadap nilai besaran gaya dorong kapal. Sehingga untuk gaya dorong kapal dapat ditulis seperti model persamaan, sebagai berikut [S.W Adji, 2005]; Gaya dorong kapal (TShip) =
T=
R ; (1 - t ) RT = 0.5 ´ r ´ CT ´ S ´ VS2
(11)
RT = a ´ VS2 ; a = 0.5 ´ r ´ CT ´ S
T= VS =
a ´ VS2 ; (21) (1 - t )
w = 1-
Va ; VS
Va (1 - w) 2
TSHIP =
a ´ V A2 (1 - t )(1 - w)2
(12)
Setiap tipe dari baling-baling kapal mempunyai karakteristik kurva kinerja yang berbeda-beda yang direpresentasikan pada grafik KT-KQ-J, grafik ini umumnya pada menggambarkan kondisi open water test.
KT =
T prop
r ´ n2 ´ D4
(13)
KQ =
Q prop
r ´ n2 ´ D5 V J= A n´ D J ´ KT ho = 2p ´ K Q
(14) (15) (16)
Dimana, KT = Koefisien Gaya dorong baling-baling KQ = Koefisien Torsi baling-baling J = Koefisen Advance baling-baling VA = kec.advance dari fluida yang melintasi propeller disk ho = Efisiensi baling-baling pada kondisi openwater n = Putaran baling-baling D = Diameter baling-baling Tprop = Gaya dorong baling-baling Qprop = Torsi baling-baling r = Massa jenis fluida
Trust dan Torsi dapat dirumuskan sebagai berikut:
T prop = K T .r .n 2 .D 4 Q prop = K Q .r .n 2 .D 5 Matching Point Matcing point merupakan suatu titik operasi dari putaran motor penggerak kapal (engine speed) yang sedemikian hingga tepat (match) dengan karakter beban baling-baling, yaitu titik operasi putaran motor dimana power di serap oleh propeller sama dengan power yang diproduksi oleh engine dan menghasilkan kecepatan kapal yamg mendekati (sama persis) dengan kecepatan servis kapal yang direncanakan. Besarnya power dan speed dinyatakan dengan persentase yakni pada berapa persen putaran propeller dan engine serta daya propeller dan engine yang diperlukan untuk menjalankan kapal dengan kecepatan tertentu. Besarnya putaran dan daya ini terlebih dahulu di kalkulasi dalam tabel yang kemudian di plotkan pada grafik. Reducing Fuel Supplied To Engine Penurunan bahan bakar (fuel) yang disuplai ke engine akan menyebabkan turunnya bmep, dan tentunya akan menurunkan engine torque. Perubahan pada engine torque inilah yang selanjutnya dipakai untuk menentukan besaran putaran engine dengan cara men- set posisi engine throttles (fuel stroke position) untuk kebutuhan operasional kapal
Gambar 8. Engine Torques dengan Propeller Load akibat penurunan bahan bakar
Speed Power Prediction Secara teori kecepatan service harus mampu dicapai dalam kondisi SCR daya, karena sehariharinya kapal dijalankan pada kecepatan ini. Prediksi kecepatan-daya ini berguna untuk menentukan dimana titik optimum atau kecepatan service seperti teori tersebut. Disini akan ditemukan apakah engine tersebut telah memanfaatkan sejumlah dayanya secara optimum untuk menggerakkan propeller atau kelebihan daya. Tabel speed power prediction adalah sebagaoi berikut: Tprop = KT × r × D 4 × n 2prop
Rpm prop =
Rpmeng rasiogear
EHP = EHP × RT
EHP = THP ×h hull THP = T × VA
DHP =
DHP =
DHP hG ×h S
THP h o ×h rr
Pprop & Peng (% )
n prop & neng (% )
Gambar 9. Gambar skema perhitungan EPM dan Speed Power Prediction
Pada kondisi-kondisi tertentu grafik ini akan berubah baik secara kontinyu atau secara incidental. Secara kontinyu misalnya penambahan tahanan akibat fouled hull, menurunnya main engine akibat TBO (time between overhaul) atau karena kavitasi propeller sehingga menurunnya torsi propeller. Secara insidental misalnya penambahan PTO atau PTI, perubahan jenis
propeller atau reparasi propeller yang kurang benar, dan perubahan dan penambahan bentuk lambung. Hal-hal diatas tentunya akan menggeser titik optimum SCR dari tahap desain sehingga harus ada beberapa kalkulasi dan perencaan untuk mengatasi agar titik tersebut (SCR) tetap masuk didalam engine envelope. Metodologi Metodologi merupakan kerangka dasar dari tahapan penyelesaian tugas akhir. Metodologi penulisan pada tugas akhir ini mencakup semua kegiatan yang dilaksanakan untuk memecahkan masalah atau melakukan proses analisa terhadap permasalahan tugas akhir.
Identifikasi dan Perumusan Masalah Identifikasi masalah dilakukan dengan mempelajari secara langsung keadaan di lapangan dan bantuan secara langsung dari pihak PT. Meratus Line sebagai perusahaan pengiriman barang di Perak, Surabaya. Setelah dilakukan identifikasi, permasalahan yang didapatkan adalah tidak diopersikannya shaft generator pada kapal, dan tidak mengertinya berapa daya sisa pada engine yang masih dapat digunakan untuk menggerakkan shaft generator. Sisa daya pada engine kapal juga dipengaruhi dari tahanan kapal sendiri. Dimana pada kenyataanya kapal tersebut tidak beroperasi untuk satu tujuan saja, tetapi juga melayani daerah lainnya dengan mengangkut muatan yang berbeda-beda. Hal ini menyebabkan nilai tahanan kapal menjadi variasi dan membuat daya engine yang dibutuhkan untuk menggerakkan propeller juga bervariasi. Studi Literatur Mengenai Rumus yang Relevan Terhadap Tahanan Kapal dan Daya untuk Shaft Generator Study literatur dilakukan untuk mempelajari teori-teori dasar permasalahan yang diangkat dalam tugas akhir ini. Dengan tujuan untuk mendapatkan pengetahuan dasar dan penelitian-penelitian sebelumnya yang dapat digunakan sebagai acuan penelitian selanjutnya. Pada tahap ini dilakukan study terhadap referensi-referensi yang terdapat pada tugas akhir yang terdahulu, internet, jurnal, buku dan wawancara dari pihak perusahaan. Informasi yang dibutuhkan pada tahap ini diantaranya adalah mengenai pengetahuan tentang pengaruh muatan kapal terhadap tahanan kapal, engine propeller matching dengan menggunakan CPP, pengaruh CPP terhadap shaft generator dan lain-lain. Pengumpulan Data yang Dibutuhkan untuk Proses Perhitungan Data-data yang dibutuhkan pada proses perhitungan merupakan data pada kapal MV. Musi River milik PT. Meratus Line. Data-data yang dikumpulkan seperti dimensi kapal, log book kapal, project guide engine, data propeller, data shaft generator, dll. Pemodelan Tahanan Kapal terhadap Variasi Kecepatan, Pemodelan Karakteristik CPP Pemodelan tahanan kapal terhadap perubahan kecepatan, pemodelan karakteristik CPP didapatkan dari perhitungan data-data dari kapal dan diasumsikan menggunakan diagram Open Water dari FPP. Adapun perhitungannya antara lain: perhitungan tahanan kapal, perhitungan P/D ratio dengan variasi kecepatan, perhitungan engine propeller matching, kemudian menganalisa daya yang tersalurkan ke shaft generator dan
membandingkan pemakain shaft generator terhadap auxiliary engine.
Data Auxiliary Engine · Maker · Output · Output Generator
Analisa P/D Ratio Analisa P/D ratio dilakukan setelah dilakukan Engine Propeller Matching. Disini kita dapat mengetahui berapa nilai dari P/D pada kapal Musi pada kecepatan berbeda-beda, dan dapat mengetahui selisih daya yang dapat disalurkan untuk digunakan pada shaft generator. Sehingga dapat mengetahui berapa daya yang diperlukan untuk menggerakkan kapal dengan kecepatan tertentu, karena dalam hal ini kapal menggunakan CPP sehingga kecepatan dapat berubah tanpa merubah RPM engine.
Perhitungan Tahanan Kapal Dengan menggunakan metode Harvald, didapatkan koefisien tahanan dan nilai tahanannya sebagai berikut: Koefisien tahanan total suatu kapal lmerupakan jumlah keseluruhan koefisien koefisien tahanan. Penghitungannya adalah : CT = CR + CF + CA + CAA + CAS = 3,04. 10-3 Tahanan Total Tahanan kapal terdiri atas komponen sbb: Koefisien tahanan total ( C T ) = 3,04. 10-3 Massa jenis air laut (ρ) = 1,025 ton/m Kecepatan dinas (Vs) = 6,173 m/s Luasan basa (S) = 2346,10 m2 Sehingga dapat dihitung :
Kesimpulan dan Saran Setelah dilakukan proses analisa P/D ratio, selanjutnya adalah menarik kesimpulan dari hasil penelitian. Dan kemudian adalah memberikan saran-saran yang berupa masukan dan pertimbangan bagi pihak PT. Meratus agar pemakaian shaft generator dapat dioperasikan kembali.
RT
Analisa Data Dan Pembahasan Data Kapal · Nama Kapal · Tipe Kapal · LOA · LPP · LWL · Breadth (Bmld) · Height (Hmld) · Draft(Summer) · Coeffisient Block · Service Speed Data Main Engine · Main Engine · Tipe Engine · Output · RPM · Bore · Stroke · Number Of Cyldr · Shaft Generator · Tipe SG · Output SG Data Propeller CPP · Maker · Diameter · Berat · Jumlah Blade · Material Data Gear Box · Maker · Maks. Rate Input · Ratio
: MV. Musi River : Container : 115,50 m : 105,60 m : 109,82 m : 17 m :9m : 5,25 m : 0,75 : 12 knot : MAK : 6 M 551 : 2800 kW : 425 : 320 mm : 420 mm : 6 buah : Stamford : MSC534D : 380 KVA : KaMeWa- 86 X F/4, : 3400 mm : 4530 kg : 4 buah : Bronze : TACKE-HSU 710 C : 2800 kW : 1: 2,940
: MAN D2542 MTE : 385 HP : 330 KVA
· · · ·
=
(
C T 1 2 ´ ρ ´ VS2 ´ S
)
(Harvald 5.5.29, Hal 133) = 139,188 kN Jalur pelayaran Atlantik utara ke barat, musim panas = 15% misim dingin = 30% Jalur pelayaran Atlantik utara ke utara, musim panas = 20% musim dingin = 30% Jalur pelayaran Pasifik = 15-30% australia = 12-18% Jalur pelayaran Asia Timur = 15-20% Diambil penambahan sea margin sebesar 15 % dari RT, sehingga RT = (1+0,15)x RT =160,066 kN Perhitungan Propeller Mencari KT, KQ, J
Gambar 10. Grafik KT-J
Grafik Hubungan KT, KQ, J dan η Dari data kapal didapatkan propeller dengan tipe B4-70. Dengan variasi P/D, kemudian
diplotkan dengan kurva open water test B4-70 didapatkan data KT, KQ, J sebagai berikut :
Gambar 11. Open Water Propeller B4.70 pada P/D 0,7
Perhitungan Engine Propeller Matching Propeller Load Factor Beban propulsor adalah beban-beban yang harus dipikul oleh main engine dalam menghasilkan sejumlah daya dan putaran untuk menghasilkan kecepatan yang diinginkan. Didalam mengembangkan karakteristik beban propeller, variabel yang terlibat adalah propeller torque dan propeller speed. kurva propeller load ini membentuk suatu garis parabola karena terdapat pangkat tiga.
Q prop = K Q ´ r ´ n 2 ´ D 5 atau Q prop = n 2 ´ g Gambar 12. Open Water Propeller B4.70 pada P/D 0,8
Dari persamaan diatas kita dapat mendapatkan nilai dari mengatahui dimana kerja engine yakni SCR dan MCR nya maka dibuatlah grafik dan tabel Engine Propeller Matching, yang untuk selanjutnya digunakan untuk membuat tabel Speed Power Prediction.
Gambar 13. Open Water Propeller B4.70 pada P/D 0,9
Gambar 14. Open Water Propeller B4.70 pada P/D 1
Gambar 15. Open Water Propeller B4.70 pada P/D 1,1
Dari perpotongan grafik open water dan diagram KT-J diperoleh data:
Gambar 16. Propeller Load vs RPM dengan variasi P/D dan kecepatan pada BHP Service tanpa SG
Gambar 17. Propeller Load vs RPM dengan variasi P/D dan kecepatan pada BHP Service dengan SG
Gambar 18. Propeller Load vs RPM dengan P/D 1,05 dan variasi kecepatan pada BHP Service + SG
Dari Propeller Load vs RPM dengan variasi P/D dan kecepatan didapatkan data sebagai berikut:
Analisa dan Kesimpulan 1. Dari tabel diatas terlihat bahwa P/D yang ideal adalah P/D 1,025 dimana power yang dibutuhkan sekitar 2989 kW untuk menggerakkan shaft generator dan berlayar pada kecepatan 13 knot dengan RPM 400 pada kondisi PTO. 2. Untuk variasi P/D kurang dari P/D 0,9 kurang effisien jika menggunakan shaft generator. Hal ini dikarenakan daya yang dibutuhkan tidak sampai 80% daya engine dan putaran dari engine juga tidak memenuhi (400 RPM). 3. Untuk P/D kondisi ideal, sebenarnya masih bisa didapatkan sampai menyentuh limit curve pada engine envelope (± P/D 1,025). 4. Dengan adanya kemampuan mengubah pitch pada CPP maka fleksibilitas dari CPP lebih baik dalam mengatur beban engine dalam menghadapi kondisi operasi yang berubahubah, sehingga kecepatan dari kapal dapat bervariasi. 5. Dengan pemakaian FPP tanpa shaft generator, maka akan terjadi kelebihan daya sehingga titik operasinya tidak optimum. Sehingga perlu engine dengan daya yang lebih rendah. 6. Dengan menggunakan shaft generator, maka kita dapat menggunakan hanya satu motor bantu saja. Dimana daya dari shaft generator sebesar 300 kW sedangkan daya dari generator sebesar 265 kW. Sehingga dengan menggunakan satu motor bantu saja, kita dapat menghemat bahan bakar dan dapat memperpanjang umur dari motor bantu tersebut. 7. Shaft generator motor bisa dijalankan bersamaan dengan main engine sebagai motor untuk menambah torsi daya dorong propeller dengan putaran konstan (PTO/PTI 400 RPM). Saran 1. Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk PT. Meratus Line agar mengetahui sisa daya yang selama ini masih bisa digunakan untuk menggerakkan shaft generator. 2. Apabila ingin tidak menggunakan shaft generator, maka dapat menggunakan P/D yang ideal agar lebih effisien.
DAFTAR PUSTAKA 1. Adji, S.W (2005), Engine Propeller Matching. 2. Basic Principle of Ship Propulsion MAN B&W Publication. 3. Carlton, J.S (1994), Marine Propellers and Propulsion, Butterworth Heinemann. 4. Harvald, Sv, Aa (1992), Tahanan dan Propulsi Kapal, Airlangga University Press. 5. Koenhardono, Eddy Setyo (2000), The Application of Shaft Generator on KM. Caraka Jaya Niaga III, Proceeding, Marine Technology Post Graduate Programme, Sepuluh Nopember Institute of Technology (ITS) Surabaya. 6. Kuiper, G (1992), The Wageningen Propeller Series, Marine Publication. 7. Lewis (1988), Principles of Naval Architecture, Vol II. 8. Shaft Generator Power Take Off, Article from The Main Engine-MAK 6M551. 9. Suhfi Majid, Muhamad (2002), Kajian Sisa Daya Mesin Utama pada KM Trisila Bakti I untuk Kemungkinan Penerapan Shaft Generator, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS Surabaya.
