ANALISA TEKNIS PERUBAHAN KECEPATAN KAPAL AKIBAT PERUBAHAN BENTUK BURITAN DAN DIAMETER PROPELLER KM. TARIK “AMEX-19” Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: JAMAL : 4207 100 506 : Teknik Sistem Perkapalan FTK – ITS : Ir. Toni Bambang, G. PGD Ir. Bambang Supangkat
Abstrak KM. Tarik “Amex-019” merupakan kapal tunda milik PT. Pelayaran Hubungan Maritim Indonesia. Kapal ini beroprasi dengan radius pelayaran Surabaya – Madura yang melayani tongkang-tongkang di sekitar perairan selat Madura . Kapal ini dilengkapi dengan 2 main engine dan 2 sistem propulsi (twin screw) dengan engine yang digunakan sebesar 2x 255 hp. Pada saat kapal beroprasi memiliki kecepatan servis kapal maxsimal 6 knot. Hal ini dianggap ownwer sebagai kelemahan dari kapal ini, akan tetapi owner menginginkan kapal ini memiliki kecepatan servisnya bisa mencapai 8 knot. Sehingga owner mengambil suatu kebijakan untuk melakukan perubahan terhadap bentuk buritan kapal ini guna untuk meningkatkan kecepatan dinasnya. Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan untuk mengetahui penyebab tidak tercapainya kecepatan servis kapal KM. Tarik “Amex-019” pada saat oprasional sesuai keinginan Owner dan untuk mengetahui cara penanganan yang tepat sehingga dapat mencapai kecepatan servisnya menjadi 8 knot. Penelitian dilakukan dengan cara menganalisa dan menghitung ulang tahanan kapal menggunakan model 3D dengan metode Compton (Maxsurf dan Hull Speed 11.12) selain itu dilakukan analisa tentang bentuk aliran disekitar lambung kapal digunakan dengan metode Ansys (CFD). Dari hasil perhitungan dengan kedua metode ini membandingkan perubahan bentuk buritan kapal yang terjadi. Penelitian ini juga mencari alternative terbaik jika ternyata setelah adanya perubahan bentuk buritan kapal tidak merubah kecepatan kapal atau mengurangi kecepatan dari disain awalnya. Dari hasil perhitungan dengan metode compton (maxsurf) untuk mencapai kecepatan 8 knot pada sarat 1,64 m didapat power engine 2 x 292,26 HP. Dengan demikian dapat dilihat bahwa besarnya engine yang di instal sebesar 2 x 255 HP masih terlalu kecil sehingga tidak mampu mencapai kecepatan servisnya. Sehingga digunakan metode ansys (CFD) untuk meningkatkan kecepatan servisnya. Kata kunci : tidak tercapainya kecepatan servis kapal, kapal tunda, Ansys, bentuk buritan kapal I. PENDAHULUAN KM. Tarik “Amex-019” merupakan kapal tunda milik PT. Pelayaran Hubungan Maritim Indonesia. Kapal ini beroprasi dengan radius pelayaran Surabaya - Madura. Kapal ini dilengkapi dengan 2 main engine dan 2 sistem propulsi (twin screw). Berikut ini merupakan ukuran utama kapal KM. Tarik : LOA : 17,3 m LPP : 16,2 m Breadth : 4,5 m Depth : 2,25 m Draft : 1,64 m Main Engine : Cartepillar ( 2 x 255 hp) Class : BKI Berikut ini gambar bentuk buritan KM Tarik yang di anggap Owner sebagai penyebab kurang maksimalnya kecepatan kapal dan sekaligus bentuk buritan kapal yang diinginkan.
Gambar 1.1 Perubahan bentuk buritan kapal
Pada dasarnya kecepatan kapal sendiri dapat dipengaruhi oleh beberapa hal. Misalnya saja, tahanan kapal, sistem penggerak kapal (engine dan sistem propulsif), bahan bakar yang digunakan, tidak match-nya engine dengan propeller, dan lain sebagainya. Sehingga setelah mengetahui penyebab tidak tercapainya kecepatan dinas kapal tersebut diharapkan dapat dilakukan penanganan yang tepat untuk dapat meningkatkan kecepatan dinas kapal sesuai dengan yang telah direncanakan. II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Perhitungan Tahanan Kapal
Tahanan kapal merupakan gaya hambat dari media fluida yang dilalui oleh kapal saat beroperasi dengan kecepatan tertentu. Kapal yang bergerak dengan kecepatan tertentu pasti akan mengalami gaya hambat ( resistance ), karena arahnya yang berlawanan dengan arah gerak kapal itu sendiri. Besarnya gaya hambat total ini merupakan jumlah dari semua komponen gaya hambat (tahanan) yang bekerja di kapal. Meliputi, tahanan gesek, tahanan gelombang, tahanan appendages, tahanan udara, dsb. Dalam perhitungan tahanan untuk lambung kapal, perhitungan tahanan untuk tipe Displasment dengan metode Holtrop adalah paling sesuai, dalam pengerjaannya dapat juga menggunakan perangkat lunak Maksurf 11.12 dan Hullspeed 11.12, hal ini dilakukan untuk mempermudah peruses perhitungan dan mendapatkan hasil perhitungan yang lebih akurat. Perangkat lunak Maxsurf 11.12 digunakan untuk memodelkan kapal untuk dijadikan imputan pada perangkat lunak Hullspeed 11.12 Sedangkan imputan untuk menggambar hull kapal di Maxsurf 11.12 adalah data utama kapal. Secara sederhana Tahanan Total Kapal dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut : RT = αx Vs2 α = ½ x ρx S x CT sehingga RT = 0,5 x ρ x CT x S x VS2 Dimana : ρ = Massa jenis fluida (Kg/m3) CT = Koeffisien Tahanan Total Kapal S =Luasan permukaan basah badan kapal (m2) VS = Kecepatan Servis kapal (knot) Dan jika variabel-variabel tersebut adalah constant (α), maka persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut : RT = αx VS2
Karakteris
Gb2.1. Karakteristik Tahanan Kapal Semakin cepat gerakan dari kapal maka hambatan yang diterima akan semakin besar juga. Jadi untuk tetap bisa bergerak dengan kecepatannya, maka kapal harus mampu mengatasi hambatan tersebut dengan gaya dorong ( thrust ) yang dihasilkan oleh kerja propeller. Yang mana gaya dorong ( thrust ) tersebut berasal dari daya rem ( Pb ) yang merupakan daya yang dikeluarkan oleh motor penggerak dan disalurkan ke baling – baling kapal (propeller) dan kemudian diubah menjadi daya dorong ( Pt ).
2.2
Matching Point
Matching point merupakan suatu titik operasi dari putaran motor penggerak kapal (engine speed) dengan karakter beban baling – baling, yaitu titik operasi putaran motor dimana power yang di absorb oleh propeller sama dengan power reduced oleh engine dan menghasilkan kecepatan kapal yang mendekati (sama persis) dengan kecepatan service kapal yang direncanakan. Karakteristik dari baling – baling dan karakteristik dari motor penggerak kemudian di plotkan sehingga dihasilkan kurva matching point engine dan propeller seperti di bawah ini: PPr
P
Matching Engine Charact Propelle r Load
n
nPr op
Gb2.2. Matching Point Engine & Propeller Dari gambar di atas, pada engine speed, n merupakan titik operasi putaran motor penggerak yang sama dengan kondisi beban propeller. Karena daya yang dihasilkan oleh motor penggerak sama dengan daya yang diabsorb oleh propeller. Dengan demikian akan memberikan konsekuensi
yang optimal terhadap pemakaian konsumsi bahan bakar dari motor penggerak kapal terhadap kecepatan servis kapal yang diinginkan. Seperti yang telah kita ketahui bahwa dikapal yang dapat dilihat adalah indicator engine speed (rpm atau rps) dan kecepatan kapal (knots atau Nmile/hour). Sehingga penetapan putaran operasi dari motor penggerak, merupakan kunci kesuksesan dalam operasional system propulsi kapal secara keseluruhan. Pada kapal tipe Planning Hull, digunakan metode yang dipublikasikan oleh Prof. Ir. J. Klein Woud (Delft University of Tecnology, Marine Engineering Faculty) untuk penyelesaian permasalahan machingnya, sedangkan untuk open water data surface piercing propeller serta persamaan kT, kQ, J menggunakan hasil penelitian Dr. Marco Fernando (University of Genoa, Italy) yang dipublikasikan pada 23rd ITTC Conference tahun 2002. Penentuan titik oprasi dari propeller untuk masing-masing kecepatan oprasi Vs dengan mengasumsikan untuk masing kecepatan tersebut berlaku hubungan R = a.Vs2 , sedang untuk kecepatan oprasi yang lain berlaku hubungan R = b.Vs2 Dalam hubungannya dengan engine propeller matching, data tahanan kapal digunakan untuk mendapatkan nilai konstanta αyaiutu konstanta yang dikalikan dengan kwadrat kecepatan kapal sehingga sebanding dengan tahan total kapal. Hubungan tahanan kapal dan kecepatan kapal ini akan diimplementasikan ke dalam bentuk hubungan kwadrat antara KT dan J III. METODOLOGI PENELITIAN Dalam menyusun Tugas Akhir ini ada beberapa tahap yang digunakan untuk menyelesaiakan Tugas Akhir, secara garis besar dapat dijabarkan dalam bentuk diagram alir sebagai berikut : 3.1 Study Pustaka Study Pustaka atau study pustaka adalah proses untuk mendapatkan bahan referensi atau informasi yang relevan sebagai penunjang bagi penulis baik berupa jurnal, paper, artikel, buku, diskusi, pengamatan lapangan maupun dari media elektronik (internet). Study Literatur yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini yaitu dengan mengumpulkan berbagai referensi baik dari buku, internet maupun dari hasil pengamatan obyek yang ada di lapangan. Diantaranya yaitu pengetahuan tentang kapal tunda yang meliputi sistem propulsi dan tahanan kapalnya
3.2 Study Lapangan Study lapangan adalah pengumpulan data lapangan, pada tahap pengumpulan data ini, penulis melakukan wawancara terlebih dahulu dengan pihak-pihak yang bersangkutan untuk mengetahui lebih jelasnya tentang permasalahan yang dialami oleh KM. Tarik “Amex-019”. Data-data yang diperlukan penulis dalam menganalisa tidak tercapainya kecepatan kapal KM. Tarik “Amex-019” yaitu berupa data-data utama kapal, spec mesin main engine, sistem propulsinya, gambar lines plan dan gambar general arangement serta data-data yang bisa digunakan untuk membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini. 3.3 Pengolahan Data Dari hasil pengumpulan data, tahap selanjutnya adalah proses pengolahan data. Pada tahap ini dibagi menjadi 3 permodelan kapal yang dilakukan untuk mendapatkan kecepatan kapal KM. Tarik “Amex-019” sesuai yang diinginkan. 3.4 Pemodelan kapal 1 Dalam tahap ini dilakukan pemodelan dengan menggunakan Program Maxsurf sesuai dengan gambar lines plan kapal sebelum dimodifikasi (perencanaan kapal awal) dan dilanjutkan dengan mencari tahanannya dengan menimport gambar medel tersebut ke program Hullspeed. Sedangkan untuk melihat bentuk aliran disekitar badan kapal khususnya dibagian buritan kapal dan propeller dengan menggunakan program Ansys (CFD) 3.5 Pemodelan kapal 2 Model kapal 2 dibuat dan dirancang sesuai dengan bentuk buritan yang diinginkan Owner (pemilik kapal). Dalam tahap ini sama halnya dengan model 1 yaitu model kapal dirancang dengan menggunakan maxsurf dan yang terakhir dilakukan permodelan dengan menggunakan program Ansys bertujuan untuk melihat bentuk aliran disekitar badan kapal bagian buritan dan disekitar propeller. 3.6 Pemodelan kapal 3 Permodelan kapal 3 ini merupakan lanjutan dari permodelan kapal 2. Permodelan ini dirancang untuk mencari bentuk aliran disekitar lambung buritan kapal dan disekitar propeller yang lebih baik untuk menghasilkan kekuatan daya dorong kapal yang maksimal. Permodelan dibuat dengan menambahkan skeg dikedua sisi lambung buritan kapal
3.7 Pemilihan Model dan Propeller Dalam tahap ini yang dilakukan pemilihan model yang terbaik dan dilakukan perhitungan ulang (recalculation) Engine–Propeller Maching kapal tersebut untuk mendapatkan propeler yang baru. Perhitungan berdasarkan model yang terbaik dan menggunakan main engine dan gearbox kapal yang sudah ada. Sehingga perhitungan dilakukan hanya dengan mengubah karakteristik propellernya untuk mencapai match dengan main engine pada kecepatan yang maksimal. 3.8 Kesimpulan Berisi tentang kesimpulan yang dapat ditarik dari hasil analisa data dan perhitungan yang dilakukan sebelumnya. Kesimpulan yang dihasilkan merupakan jawaban dari permasalahan yang dibahas di dalam penelitian ini. Dan merupakan rangkuman dari proses penelitian dan pengolahan data yang dilakukan.
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Umum Analisa data di lakukan dengan cara membuat beberapa model desain kapal dengan bantuan beberapa program desain kapal yaitu program AutoCad, Maxsurf pro 11.12, Hullspeed 11.12 dan program Ansys (CFD). Selanjutnya dari beberapa model tersebut dilakukan analisa tahanan kapal, bentuk aliran yang terbentuk disekitar badan kapal dan ditambah perhitungan pemilihan peopeller dari salah satu model desain kapal yang terbaik. 4.2. Data Utama Kapal Berikut ini adalah beberapa data utama kapal dan system penggeraknya yang telah dikumpulkan oleh penulis selama melakukan penelitian dan pengamatan untuk mendukung proses analisa permasalahan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini ;
Gambar 4.1. Dimensi kapal
Gambar 3.1 Flow Chart Metodologi Penelitian :
Length Between Prependicular (LPP) : 16,2m Length Overall (LOA) : 17,3 m Breadth (B) : 4,5 m Depth : 2,25 m Draft : 1,64 m Merk (Brand) Engine : Caterpillar Model : 3508 Effektif Power : 2 x 255 HP ( 2 x 188 kW) Putaran (Revolution) : 1200 RPM Jml Silinder (no. of Cylinder) : V8, 4 StrokeCycle Diesel Bore x Stroke : 170 x190 mm Gear Box Ratio :1:4
4.3. Penggambaran Model dan Perhitungan Tahanan Kapal KM Tarik (Amex-19) Ada beberapa sorfware desain kapal yang dapat digunakan dalam penggambaran model. Namun hal utama yang diperlukan oleh suatu program desain kapal yaitu kemampuan ekport memiliki hasil yang baik. Sorfware maxsurf apabila di ekport ke Hullspeed sudah dianggap cukup untuk menentukan besarnya tahanan dan power suatu kapal. Analisa tahanan kapal dilakukan dengan beberapa model. Yang pertama Model 1 (lines plan kapal sebelum perubahan bentuk) tahanan kapal dihitung dengan menggunakan program maxsurf
(compton). Model 2 ( lines plan perubahan atas permintaan owners) yang dilanjutkan dengan Model 3 untuk menghitung tahanan kapal, setiap model terlebih dahulu harus dibuat model 3D yang telah disesuaikan dengan gambar lines plan dan general arrangement kapal. Setelah model kapal dibuat sesuai dengan lines plan dan general arrangement, model di-running dengan Hullspeed. Dalam perhitungan tahanan untuk lambung kapal, perhitungan tahanan untuk tipe Displasment dengan metode Holtrop adalah paling sesuai, dalam pengerjaannya ini juga digunakan perangkat lunak Maksurf 11.12 dan Hullspeed 11.12, hal ini dilakukan untuk mempermudah peruses perhitungan dan mendapatkan hasil perhitungan yang lebih akurat. Berikut ini akan di bahas langkah-langkah pengerjaan permodel antara lain: 1.1.1. Model 1 Untuk menghitung tahanan kapal digunakan sorfware Maxsurf dengan menggambarkan kapal berdasarkan lines plan kapal. Lines plan dibuat dengan bantuan sorfware AutoCAD dilanjutkan dengan penggambaran ulang di sorfware MaxsurfPro, selanjutnya di export ke sorfware Hullspeed untuk menentukan tahanan kapal.
Selain bentuk model, didapatkan juga data-data yang ditunjukkan dalam tabel pada sorfware maxsurf ini, seperti pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Data kapal yang didapatkan di Maxsurf
Gambar 4.2 Body plan KM Tarik (Model 1)
Sedangkan Untuk menentukan tahanannya digunakan sorfware Hullspeed dengan metode Holtrop dan dapat dilihat pada table 4.3.1b
Kemudian dari gambar lines plan Kapal dilakukan pembuatan model di sorfware maxsurf seperti gambar 4.2
Tabel 4.2 Tahanan & Power terhadap Speed Model 1
Gambar 4.3. Model 1 yang dibuat di sorfware Maxsurf
Dari tabel 4.2. terlihat bahwa tahanan kapal model 2 pada kecepatan 8 knot memiliki tahanan kapal sebesar 12,76kN dan Power yang dibutuhkan untuk menggerakkan kapal dibutuhkan daya sebesar 52,51 kW. Akan tetapi daya ini digunakan hanya untuk
menggerakkan kapalnya sendiri, sedangkan untuk kapal yang di tarik harus ditambahkan. Selain dari data tahanan yang didapatkan pada sorfware maxsurf masih banyak lagi data-data yang didapatkan berhubungan dengan tahanan antara lain grafik pengaruh tahanan terhadap power, pengaruh perubahan speed terhadap power dan lain sebagainya seperti terlihat pada grafik 4.3 dan grafik 4.4
Gambar 4.5 bentuk skeg pada model 2
Tabel 4.3. Tahanan dan power kapal model II Metode Holtrop. (Running dari hullspeed)
Grafik 4.3 Tahanan Vs Power Model 1
Tabel 4.4. Tahanan model II Metode Holtrop
Grafik 4.4 Power Vs Speed Model 1 1.1.2. Model 2 Model 2 direncanakan sesuai dengan model 1 hanya merubah bentuk buritan kapal dimana bentuk buritan disekitar propeller yang berbentuk lengkungan (cnukle) dibuang dan ditambah skeg pada center line-nya.
Pada tabel 4.3.2a diperlihatkan bahwa terdapat penurunan tahanan harga tahanan kapal setelah modifikasi atau setelah dibuat model 2 menjadi sebesar 10,77 kN, dan ini diyakinkan dengan hasil yang dibuat pada metode Ansys (CFD) ternyata tahananya tidak berbeda jauh yaitu sebesar 10,53 kN seperti terlihat pada tabel 4.3.2b 4.4 Perhitungan Ulang Daya Engine KM. Tarik
Gambar 4.4 Body plan KM Tarik modifikasi (Model 2) Adapun ukuran skeg dapat dilihat pada gambar 4.5, sedangkan lines plan hasil modifikasinya dapat dilihat pada gambar 4.4
Untuk perhitungan daya engine pada Tugas Akhir ini menggunakan nilai tahanan kapal dengan hasil running maxsurf (Compton). Ini bertujuan untuk memastikan apakah daya engine yang digunakan sudah cocok untuk pada saat perencanaan, Berikut langkah-langkah dalam menentukan besarnya daya engine yang harus diinstal di kapal “KM. Tarik” ini : 4.4.1 Kondisi Model 1 (Desain Awal) i.
Menentukan Effektif Horse Power (EHP) Effekif Horse Power (EHP) merupakan besarnya daya yang digunakan untuk mengatasi hambatan yang berasal dari
badan kapal ( hull ), agar kapal dapat bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain dengan kecepatan servis sebesar Vs. Untuk menentukan besarnya EHP dapat menggunakan formula sebagai berikut : EHP = RT x Vs Dimana : RT = RT (KM tarik) + RT (Tongkang) = 12,7 + 38,12 = 50,82 kN Sedangkan untuk RT service harus di tambah 15% dari RT cleanhull, sehingga RTservise= 15%RT + RT = (0,15 x 50,82) + 50,82 = 58,44 kN Vs = 8 knot (kecepata kapal yang diinginkan) = 4,115 m/s Sehingga : EHP = 50,82x 4,115 = 209,12 kW = 280,4 HP ii.
Perhitungan wake Friction (w) W Standart
a ( 0,4 ) b
= 0,7 x Cp - 0,3 + 0,3 x (twin screw ships)
Dimana : a = Jarak antara 2 poros (m) 1,93 m b = Lebar Kapal (m) cp = 0,88 W Standart = 0,7x0,88 - 0,3 + 0,3 x ( 0,4 - 1,93 ) 4,5
Sehingga didapat nilai w = 0,293 iii.
Perhitungan Thrust deduction factor (t) t standar
= 0,5 x Cp - 0,12 (Single Screw) = 0,5 x Cp - 0,19 (twin screw) Sehingga nilai ”t” didapat = 0,25 iv.
Perhitungan Speed of Advance (Va) Va = ( 1 – w ) x Vs. Va = ( 1 – 0,293 ) x 4,115 Va = 2,909 m/s = 5,655 knot
v.
vi.
Perhitungan effisiensi lambung ( ηh)
T = RT/(1-t ) T( Clean Hull ) T( Service ) 0,293 ) T ( Clean Hull) T ( service ) vii.
= 71,88 kN. = 82,66 kN.
Menentukan Thrust Horse Power (THP) Merupakan daya yang dihasilkan oleh kerja dari alat gerak kapal (propulsor) untuk mendorong badan kapal. THP = EHP / ( ηh) = 280,4 / 1,061 = 264,27 Hp.
viii.
Menentukan Load Propeller Propeller yang digunakan:
Propeller
: B4
Series Ae / Ao Pitch / Diameter (P/D)
: 0,40 : 0,80
Hubungan kuadratik KT dan J. KQ = Q/ρD5n2 KT = T/ρD4n2 T = KTρD4n2 J = Va/nD Sehingga didapatkan : Kt/J2 = T/ρD2Va2 Kt/J2 = T clean hull/ρD2Va2 = 50,82 / 1,025 x 12 x 2,9092 = 5.8 Kt/J2 = T service/ρD2Va2 = 58,44 / 1,025 x 12 x 2,9092 = 6.7
J 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
( ηh) = ( 1-t)/( 1- w ). ( ηh) = ( 1-0,25)/( 1- 0,293). ( ηh) = 1,061
0.3 0.35 0.4
Perhitungan gaya dorong ( T )
0.45 0.5 0.55
Daya dorong berikut merupakan daya dorong pada satu propeller.
= 50,82 /( 1-0,293 ) = 58,44 /( 1-
(KT/J^2) x J^2 Service 0 0.02 0.07 0.15 0.27 0.42 0.60 0.82 1.07 1.36 1.68 2.03
(KT/J^2) x J^2 Clean hull 0 0.01 0.06 0.13 0.23 0.36 0.52 0.71 0.93 1.17 1.45 1.75
0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1
2.41 2.83 3.28 3.77 4.29 4.84 5.43 6.05 6.70 7.39 8.11
2.09 2.45 2.84 3.26 3.71 4.19 4.70 5.23 5.80 6.39 7.02
P/D 0.8
k t,10k q,eff
0.6 0.65 0.7
1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
ef f kt serv ice Clean hull kq
0
Clean Hull
( k t /j 2 ) j 2
Service
0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 j
1
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
Grafik 4.6. J, η, KQ/KT
dengan demikian didapat grafik KT, J yang ditampilkan pada grafik 4.5 grafik kt/kq j
0,2
j
Pembacaan Ulang Pada Kurva KQ,KT dan Effisiensi yang telah dibuat. Sehingga didapat nilai KQ, KT dan Effisiensi dari pembacaan grafik open water diperoleh data :
Table 4.5 Tabel (Kt/J2)xJ2
1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0
0,1
P/D
Kondisi Service Clean hull 10 10 J KQ η0 J KQ η0 0,8 0,49 0,23 0,560 0,53 0,23 0,58 Tabel 4. 6. Tabel J, η, KQ/KT pada Behind the Ship
1,1 1,2
Grafik 4.5 Grafik KT/KQ, J Kurva open water test adalah sebagai berikut: P/D 0,8 J η 10 KQ KT 0 0 0,38 0,35 0,1 0,13 0,35 0,31 0,2 0,26 0,32 0,27 0,3 0,38 0,3 0,24 0,4 0,48 0,27 0,21 0,5 0,57 0,23 0,17 0,6 0,63 0,19 0,13 0,7 0,64 0,15 0,09 0,8 0,56 0,1 0,05 0,9 0 0,05 0 1 0 0 0 1,1 0 0 0 Tabel 4.6. Tabel J, η, KQ/KT pada Open Water Test Mengeplotkan kurva KT, J ke open water test. dengan propeller yang digunakan type B4-40 sehingga dapat dilihat pada Grafik 4.6
9. Perhitungan Propulsif coeffisien (QPc) QPc = ηh x ηrr x ηp Dimana effisiensi relative rotatif (ηrr) berkisar antara 1–1.1 Effisiensi propeller (ηp) dari pembacaan grafik diatas adalah 0,56 Effisiensi lambung (ηh) dari perhitungan diatas adalah 1.061 Sehingga QPc = 1,061 x 1 x 0,56 = 0,594 10. Menentukan Delivery Horse Power (DHP) Daya ini merupakan daya yang diserap oleh baling – baling kapal untuk menghasilkan daya dorong, yang mana daya ini berasal dari daya keluaran motor penggerak yang disalurkan ke baling – baling kapal dan kemudian diubah menjadi daya dorong kapal ( Pt ). DHP = EHP / QPc = 280,4 / 0,594 = 472,0 HP Effisiensi propeller adalah ηp = ηo x ηrr Sehingga didapatkan effisiensi propeller sebesar ηp = 0,56 x 1 = 0,56 Atau DHP adalah
DHP = THP / ηp = 264,27 / 0,56 = 472,0 HP 11. Menentukan Shaft Horse Power (SHP) Daya poros merupakan daya yang terukur hingga daerah di depan bantalan tabung poros ( stern tube ) dari sistem perporosan penggerak kapal. SHP = DHP / ηBηS Loses berkisar antara 2–3 % sehingga nilai ηBηS diambil 0.98 SHP = 472,0 / 0.98 = 481,63 HP 12. Menentukan
Brake
Horse
Power
(BHP) Daya motor penggerak yang dimaksud adalah daya Rem (Brake Power) atau daya yang diterima oleh poros transmisi system penggerak kapal (Ps), yang selanjutnya dioperasikan secara kontinyu untuk menggerakkan kapal pada kecepatan servisnya (Vs). BHP = SHP / ηG.
menunjukkan gambaran secara jelas tentang aliran yang dapat mempengaruhi pergerakan kapal. Untuk menggambarkan model 1 ke sorfware Ansys (CFD) memiliki jalan yang cukup panjang dan perlu kerja yang berulang-ulang untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Berikut ini akan dijelaskan langkah-lanngkah dalam proses pengerjaan simulasi dan penentuan-penentuan parameter yang digunakan agar sesuai dengan kondisi sesungguhnya. 1. Setelah penggambaran model selesai, maka tahap selanjutnya untuk merubah file atau meng-export hasil gambar ke format data exchange Format 2. Proses re-desain model dengan penambahan surface pada model, kemudian model di meshing sehingga model tersebut dapat diproses lebih lanjut untuk simulasi. Meshing merupakan pemberian sebuah bentuk tetra kedalam volume ruangan pada model dan boundary yang telah kita buat. Sejumlah bentuk tetra yang telah memadati volume ruangan tersebut nantinya dijadikan domain area yanga akan di simulasikan.
Effisiensi gearbox diambil 0.97 Sehingga : BHP ( scr ) = 481,63 / 0,97 = 496,52 Hp. BHP (mcr) = BHP scr / 0.85 = 496,52 / 0.85 = 584,15 Hp atau 435,6 kW. Sehingga daya untuk 1 Engine adalah : 584,15 / 2 = 292,26 HP
Gambar 4.6 Model 1 sesudah di surface dan sebelum di mashing
Dengan demikian dapat diketahui bahwa Daya Engine yang diinstal di kapal sebesar 2 x 255 HP adalah terlalu kecil. Sehingga kecepatan kapal pun tidak dapat tercapai seperti yang diinginkan oleh Owner. 1.2.
Melihat Bentuk Aliran Pada Lambung Kapal Disekitar Proppeler. Melihat bentuk aliaran pada lambung kapal disekitar kapal ini bertujuan untuk mengetahui apakah propeller dialiri oleh arus serta mengetahui bentuk aliaran disekitar propeller. Untuk mengetahui bentuk aliran tersebut dalam tugas akhir ini digunakan metode Ansys (CFD) 4.5.1 Model 1 Model 1 di desain dengan menggunakan CFD ini tujuanya yaitu untuk mengetahui aliran fluida, karena pada sorfware maxsurf tidak bias
Gambar 4.7 Model 1 sesudah di mashing 3.
Proses output file kedalam format program simulasi CFD yang akan digunakan agar dapat dilakukan proses pemberian boundary degan parameter kondisi yang disamakan dengan kondisi sesungguhnya.
4.
Proses selanjutnya adalah pemberian kondisi simulasi pada masing-masing boundary yang telah kita buat. Parameter kondisi simulasi harus sesuai dengan kondisi sesungguhnya agar hasil simulasi yang didapatkan lebih akurat. Berikut ini parameter kondisi yang digunakan dalam simulasi : i. Parameter inlet Mass and Momentum : Normal speed 8 knot Turbulance : Intensity and length scale ii. Parameter outlet Mass and Momentum : Normal speed 8 knot Relative Pressure :ρxgxH iii. Parameter model Wall influence on flow : No slip Wall roughness : Smooth Wall
5.
6.
iv. Parameter opening Mass and momentum : Static pressure Relatife Pressure : 0 Pa v. Parameter Wall (dasr) Wall influence on flow : No slip Wall roughness : Smooth wall vi. Expressions Density : 1025 [kg m^-3] Ketinggian air dari boundary dasar dasr sampai sarat air pada model kapal : 5 [m] Pressure pada air :ρxg xH Setelah pemberian interasi pada tahapan sebelumnya, maka selanjutnya adalah proses running atau simulasi pada model, baik itu model 1, model 2 atau model 3 yang telah ditentukan parameter kondisi sebelumnya. Setelah proses running selesai, maka hasil dari simulasi dapat kita lihat. Hasil dari simulasi dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan antara lain: Pressure, Velocity, dan Force searah sumbu X yang terjadi pada model.
Gambar 4.8. Bentuk aliran air setelah dirunning di Ansys dengan Countour Velocity. Model 1 Pada gambar 4.8 terlihat bahwa ternyata aliran yang dibentuk pada permukaan lambung kapal dominan memiliki Velocity yang sama, dan memiliki bentuk aliran air lurus dan menyebar. Akan tetapi jika dilihat dari warna yang terlihat di lambungnya terdapat juga tempat tempat yang cendrung memiliki velocity yang lebih tingggi, hal tersebut ditunjukkan berdasarkan perbedaan warna yang ada pada lambungnya. Bercak-bercak kuning yang ada pada bada kapal tersebut menunjukkan adanya velocity fluida yang lebih tinngi di bandingkan dengan warnanya yang lebih dominan warna hijau.
Gambar 4.9 Bentuk aliran air setelah dirunning di Ansys dengan Isosurface Velocity U. Model 1 Gambar 4.9 menunjukkan aliran air setelah dirunning denga isosurface velocity U, pada model ini kapal dilihat dari atas kapal dan pemberian aliran hanya sekali imbas atau tidak terus menerus sehingga bisa didapatkan bentuk aliran yang terjadi di buritan kapal secara umum.
Gambar 4.10 Bentuk Countur perbedaan pressure yang ditimbulkan aliran air setelah dirunning di Ansys - Model 1 Berbeda pada gambar sebelumnya, pada Gambar 4.10 menunjukkan adanya perbedaan pressure yang terjadi disekitar lambung kapal, warna merah pada ujung haluan ini berarti tekanan yang terjadi paling besar yaitu sebesar 40,43 Pa, warna kuning atau warna yang dominan bernilai – 8, 99 Pa, sedangkan warna hijau yang berbentuk bercak-bercak disekitar kapal memiliki tekanan sebesar -41 Pa. 4.5.2 Model 2 Pada umumnya umumnya model 2 digambarkan sama halnya dengan model 1, perbedaanya hanya model kapalnya saja yang berbeda, sedangkan fluida yang digunakan sama dan besarnya fariabel-fariabel dari imputan data sama. Pada gambar 4.11 merupakan bentuk aliran fluida air setelah dirunning di ansys, ternyata jika kita perhatikan aliran fluida yang terjadi di bandingkan dengan gambar 4.5.1aternyata tidak memiliki perbedaan yang jauh, pada gambar ini terlihat bentuk dari aliran air dominan lurus sama halnya pada model kapal 1, namun pada gambar ini bercak-bercak kuningnya halus, ini berarti bahwa velocity yang terjadi dominan sama sehingga agak berbeda dengan model 1. Adanya perbedaaan velocity pada Model kapal 1 terletak disekitar lengkungan (cnukle) di bagian lambung buritan kapal, yang ini bisa diartikan bahwa tujuan di buat lengkungan tersebut yaitu untuk menciptakan aliran fluida yang lebih terarah yang ditumpukan kearah propeller guna untuk meningkatkan efisiensi daya dorong propeller yang lebih besar
Gambar 4.11 gambar bentuk aliran air setelah dirunning di Ansys dengan Countour Velocity. Model 2 4.5.3 Model 3 Dengan adanya peroblema yang terjadi pada model 2, untuk mengantisipasi jika tenyata setelah dilakukan modifikasi lambung terjadi kapal memiliki kecepatan servis yang sama atau lebih kecil dari model awal maka di buat satu model lagi yaitu model kapal 3. Model kapal 3 merupakan lanjutan model kapal 2 hanya saja dibagian smping dari lambung ini di beri lagi skeg memanjang di samping propeller, skeg ini dibuat bertujuan untuk mengganti lengkungan yang telah di buang dari model kapal 1, adapun ukuran dari skeg yang dipasang dapat dilihat pada gambar 4.12
Gambar 4.12, bentuk skeg pada model 3
Gambar 4.13 gambar bentuk aliran air setelah dirunning di Ansys dengan CountourWaterVelocity. Model 3 Ternyata setelah model 3 dibuat dan di running ( gambar 4.13) tidak adanya perubahan bentuk, baik dari segi bentuk aliran maupun besarnya velocity yang terjadi dibandingkan
dengan model 2, akan tetapi jika dilihat kita lihat pada Gambar 4.14 ternyata terdapat perbedaan tekanan yang terjadi disekitar propeller yang lebih tinggi ini ditandai dengan adany bercak-bercak dengan warna biru muda, warna biru muda memiliki tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan warna biru tua.
Untuk pengembangan penelitian selanjutnya, maka beberapa hal yang bisa dilakukan adalah : 1. Mencari besarnya pengaruh aliran air terhadap efisiensi tenaga yang dapat diserap oleh propeller untuk menggerakkan kapal 2. Selalu mempertimbangkan dari segi ekonomisnya dalam melakukan perubahan disain sehingga tidak merugikan Owner. 3. Untuk menemukan hasil yang lebih baik dari hasil simulasi CFD ini bisa juga digunakan dengan pengujian di Tangki percobaan, karna ini memungkinkan memiliki hasil yang lebih akurat. DAFTAR PUSTAKA
Gambar 4.14 Bentuk Countur perbedaan pressure yang ditimbulkan aliran air setelah dirunning di Ansys - Model 3 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari 3 model kapal yang telah dianalisa baik itu melaui metode Comton (Maxsurf dan Hullspeed), perhitungan, dan juga metode Ansys tenyata dapat diambil suatu kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada perhitungan terbukti bahwa penyebab tidak tercapainya kecepatan servis sesuai keinginan owner yaitu disebabkan daya engine yang terinstal pada saat ini kurang besar. 2. Model 2 merupakan hasil modifikasi yang diinginkan owner untu menambah kecepatan servis kapal, pada kenyataanya besarnya tahanan yang didapatkan pada model ini memiliki tahanan kapal yang lebih kecil dibandingkan dengan model awal, akan tetapi dengan adanya modifikasi ini kecepatan kapal belum terpenuhi sesuai keinginan owner 3. Model 3 dirancang untuk menjaga kemungkinan bila kecepatan servis kapal pada model 2 lebih kecil dibandingkan dengan desain awalnya, model 3 ini didesain dengan menambahkan skeg disamping lambung butitan kapal dengan tujuan membentuk aliran air yang lebih terarah.
5.2 Saran
Adjie, S.W, (1999). Compressed assisted Learning On Ship Propulsion System. P3AI ITS. Surabaya. Adjie, S.W, (2005). Engine-Propeller Matching. FTK-ITS. Surabaya. Harvard, S.V.AA. (1992). Tahanan dan Propulsi Kapal. Dept Of Ocean Eng. The Technical universuty of Denmark Lyngby, Airlangga University press. Orianto, M. (2002). Materi Kuliah Permesinan Perkapalan I : Engine Propeller Matching. ITS. Surabaya. Lammeren, W.P.A.Van (1948). Resistance, Propulsion and Steering of Ship . The Technical Publishing Company , E Stam Harlem.
