Pengantar Teknologi Kelautan WATER JET, SISTEM PENGGERAK ALTERNATIF KAPAL
Disusun oleh : KELOMPOK 4 Ardan Nagra Coutsar
4115100015
Irfan Zidni
4115100022
Elfrinsen Gustaf Adwinda
4215100016
Dimas Ilham Akbar
4215100023
Annisa Aisyah Nurliana
4315100030
Afiska Pranurika Sari
4315100031
Moch. Kresna Alvian Pratama
4415100012
DOSEN : Ir. Asjhar Imron, M. Sc., MSE., PED.
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015
WATER JET, SISTEM PENGGERAK ALTERNATIF KAPAL Sebagian orang akan mengira bahwa water jet ini merupakan sistem penggerak model baru, sebenarnya sistem propulsi water jet ini telah lama dikembangkan sebagai penggerak untuk berbagai jenis kapal, tetapi dalam penerapannya belum secara global. Hal ini dikarenakan efisiensi propulsifnya yang relatif rendah jika dibandingkan dengan sistem propulsi kapal yang menggunakan propeller, terutama pada saat kecepatan kapal yang relatif rendah. Tetapi seiring dengan berbagai penyemurnaan dari sistem penggerak ini, Water jet mulai menampakkan eksistensinya. Sekarang ini, water jet mulai berkembang dan digunakan pada kapal kapal tertentu. Water jet pertama kali ditemukan oleh Sir William Hamilton pada awal tahun 1950. Beliau pertama kali menamakan water jet dengan nama Marine jet. Pada saat itu penemuan dari Sir William Hamilton merupakan penemuan yang paling sukses. Hamilton menggunakan prinsip pompa gaya sentrifugal untuk memindahkan air. Pada masa sebelumnya prinsip kerja ini telah ditemukan oleh Archimedes. Pada tahun 1954, sistem penggerak ini disempurnakan hingga menempuh kecepatan 17 mph. Penggerak water jet pada tipe pertama dinamakan Quinnat. Prinsip kerjanya sudah menggunakan perhitungan gearbox. Pada tahun 1956, produksi dari water jet meningkat signifikan sebanyak 100 manufaktur memproduksi sistem penggerak ini di wilayah New Zealand. Water jet pada tahun ini sudah berkembang lebih baik lagi dengan performa yang bagus dan tingkat kebisingan yang rendah. Pada tahun berikutnya yaitu tahun 1957, water jet lebih berkembang pesat lagi. Karena terdapat dua tahap bagian yang memberikan tekanan pada sistem penggerak ini sehingga peforma yang dihasilkan sistem penggerak water jet lebih efisien. Colorado merupakan seri yang dikembangkan pada tahun 1963. Seri ini disederhanakan sehingga dapat diproduksi separuh harga dari biaya aslinya. Colorado dibuat untuk kapal-kapal yang berpacu dengan kecepatan tinggi. Biasanya seri ini juga digunakan untuk kapal-kapal yang beroperasi di sungai. Pada tahun selanjutnya, yaitu pada tahun 1970, water jet memiliki nama work jets. Seri ini lebih besar dan digunakan untuk kapalyang lebih besar dari sebelumnya. Seri pada tahun 1973, dikembangkan sehingga ruang pada lambung di kapal lebih besar. Selain itu, seri ini juga telah menggunakan teknologi kendali dan mesin modern. Dua tahun setelahnya yaitu pada tahun 1975, water jet komersial pertama kali digunakan dengan nama model 1031, tetapi hanya memiliki satu tahap unit. Pada tahun 1980, water jet seri 400 dikenalkan. Seri ini dapat digunakan untuk kapal yang mencapai panjang hingga 30 meter. Tahun selanjutnya yaitu pada tahun 1984, deflektor dikembangkan pada seri 1031. Deflektor ini berguna untuk menambah respon terhadap kendali kapal. Pada tahun 1990, water jet berkembang dan dapat digunakan kapal yang mempunyai panjang hingga 60 meter. Satu tahun setelahnya, water jet dapat menempuh kecepatan 50 – 65 knot. Pada tahun ini, daya yang dihasilkan dapat menghasilkan 1600 kilowatt. Pada tahun 1993-1998, banyak sekali model water jet yang diperkenalkan mulai dari HJ 241, HJ 321, HM 461, memiliki kelebihan efisiensi dan terdapatnya screen, dalam seri tersebut juga didesain perlindungan anti korosi. Pada tahun 1994, dikembangkan turbo impeller pada seri HC 212 dan digantikan oleh model dua tahap sebanyak 773 unit. Water jet lebih berkembang
pesat pada tahun 1996 dengan CMU (Control Monitoring Unit), CMU ini berfungsi sebagai sistem pengontrol mesin untuk water jet ukuran besar. Dua tahun setelah CMU berkembang, diperkenalkan sistem kendali JT. Kendali ini didesain untuk meminimalisir kehilanga gaya dorong kapal ketika kapal berbelok. Pada tahun 2000, dikembangkan MECS yang merupakan kendali otomatis berbasis elektronik. 3 tahun setelahnya, dikembangkan water jet dengan desain yang efisien dan mudah dalam pemasangannya. Pada umumnya, kapal menggunakan baling baling atau biasa disebut propeller pada bagian sistem propulsi. Sistem propulsi merupakan sistem penggerak pada kapal. Sistem ini yang dapat menyebabkan kapal dapat bergerak di air. Propeler ini biasanya terhubung dengan shaft yang juga tersambung dengan mesin. Berbeda dengan Water jet, sistem ini tidak menggunakan baling baling sebagai penggeraknya. Water jet biasanya digunakan pada beberapa kapal yang memang dirancang untuk dapat berpacu pada kecepatan tinggi. Contoh-contoh kapal yang telah menggunakan sistem penggerak water jet adalah kapal patroli, rescue boat, fishing vessel.
Gambar: 0.1 Fishing Vessel
Gambar: 1.2 Rescue Boat
Kapal patroli memang bertujuan untuk mengawasi luasan area yuridiksi dari suatu wilayah. Dengan begitu kapal patroli dituntut untuk dapat berolah gerah yang cepat pada kecepatan rendah maupun pada kecepatan tinggi. Untuk dapat mengatasi permasalahan tersebut digunakan Water jet sehingga kapal dapat bermanufer dengan cepat. Selain itu kapal juga dapat berpaju dengan kecepatan tinggi dengan adanya water jet ini. Begitu juga dengan kapal penyelamat atau biasa disebut dengan rescue boat. Kapal penyelamat dituntut untuk dapat menjangkau suatu lokasi dengan cepat dan bermanufer dengan cepat. Untuk dapat mengevakuasi korban, kapal penyelamat biasanya dituntut utuk dapat melewati berbagai rintangan untuk mengambil jalan tercepat agar sampai kepada korban. Dengan menggunakan water jet sebagai sistem penggeraknya, maka kapal akan dapat bermanufer dengan cepat dibandingkan dengan kapal yang menggunakan propeler sebagai sistem penggeraknya. Pada kapal penangkap ikan atau fishing vessel, Water jet digunakan agar kapasitas ruang dari hasil tangkapan ikan dapat dimaksimalkan. Seperti kita ketahui bahwa dengan sistem penggerak water jet ini, kapasitas ruang kosong pada badan kapal dapat bertambah. Hal ini dikarenakan pada sistem penggerak water jet hanya membutuhkan ruang yang relatif sempit dibandingkan dengan sistem penggerak propeler. Dengan adanya ruang kosong
tambahan pada kapal, maka ruang kosong tersebut dapat digunakan sebagai ruang tampung pada hasil tangkapan ikan. Tidak heran apabila hasil tangkapan ikan meningkat secara signifikan karena kapal tidak perlu bolak-balik untuk jumlah hasil tangkapan yang sama. Dari segi efisiensi, dibandingkan dengan sistem penggerak kapal yang menggunakan propeler, Water jet memiliki efisiensi yang kurang pada saat kapal bergerak dengan kecepatan rendah. Tetapi disisi lain dengan menggunakan sistem penggerak water jet, kapal akan memiliki kelebihan. Kelebihan tersebut diantaranya adalah tahanan kapal akan berkurang, dapat dioperasikan pada perairan dangkal, dapat berakselerasi dengan cepat, memiliki kemampuan olah gerak kapal yang cepat pada saat kapal kecepatan lambat, mempunyai keunggulan pada saat olah gerak kapal pada kecepatan kapal yang relatif tinggi, tingkat kebisingan kapal dapat berkurang. Apabila kapal menggunakan water jet sebagai sistem penggeraknya, maka kapal tidak membutuhkan propeller maupun rudder, Propeller dan rudder biasanya dapat mengakibatkan tahanan kapal yang besar. Hal ini disebabkan karena propeller dan rudder yang berada dibawah garis air yang juga menyebabkan hambatan air pada saat kapal bergerak. Pada sistem penggerak water jet, sistem penggeraknya diletakkan tepat dibawah garis air. Tentu saja hal ini tidak menyebabkan hambatan air yang terlalu berarti terhadap gerakan kapal. Jika dibandingkan dengan sistem penggerak propeler, maka water jet jauh lebih unggul dalam segi tahanan air saat kapal bergerak. Dengan menggunakan water jet, kapal juga akan dapat beroperasi dalam perairan dangkal, Ini disebabkan sistem penggerak ini yang berada tepat dibawah garis air. Sistem penggeraknya tidak terlalu jauh masuk kedalam air dan tentunya tidak mengganggu ketika kapal begerak pada perairan dangkal sekalipun. Dibandingkan dengan sistem penggerak yang menggunakan propeler, Sistem penggerak dengan menggunakan water jet jauh lebih efektif karena dapat menjangkau lokasi yang dangkal. Pada kapal yang menggunakan water jet sebagai penggeraknya, kapal dapat bermanufer dengan cepat karena sistem kemudinya langsung terhubung dengan tenaga pendorongnya, berbeda dengan sistem penggerak propeler yang dipisahkan antara sistem tenaga dorong dan sistem kemudinya atau rudder. Sistem kemudi pada kapal yang menggunakan water jet sebagai penggeraknya, mirip dengan sistem kemudi pada mobil. Untuk maju ataupun mundur kapal menggunakan tuas untuk mengaktifkannya. Untuk memperoleh tenaga lebih, maka luasan permukaan dari keluaran air yang dihasilkan dipersempit. Lebih mudahnya mirip prinsipnya saat kita menyirami tanaman dengan menggunakan selang. Apabila kita ingin menjangkau tanaman yang jauh maka kita dapat menutup sediti luasan area keluarnya air dengan menggunakan jari kita, begitu juga sebaliknya. Keutungan lainnya yang diperoleh apabila menggunakan sistem penggerak water jet adalah kapal dapat berputar 360 derajat pada saat kecepatan 0, tetapi tenaga maksimum dan belok maksimum. Ini memudahkan kapal saat akan bersandar ataupun berputar balik. Kapal yang menggunakan water jet sebagai sistem penggeraknya juga dapat bermanufer dengan cepat ketika kapal bergerak dengan kecepatan tinggi. Berbeda dengan kemudi kapal umumnya yaitu rudder, Apabila kemudi di putar satu putaran, maka rudder
akan hanya sedikit bergerak menyimpang. Sistem kemudi pada water jet, apabila kemudi di putar penuh, maka kapal akan bermanufer penuh menyimpang terhadap arah normalnya. Untuk Sistem penggerak yang menggunakan water jet, kapal juga dapat mengerem laju geraknya. Berbeda dengan sistem penggerak propeler, Sulit untuk mengubah arah gerakan dari propeler, walaupun terdapat propeler yang menggunakan controlable pitch propeler, Tetapi efisiensi dalam mengurangi laju kapal lebih efektif pada water jet, karena pada water jet pada saat kapal mengerem, maka arah aliran fluida langsung dibalik. Water jet dibandingkan dengan sistem penggerak propeler memiliki tingkat kebisingan yang jauh lebih sedikit. Hal ini dikarenakan water jet pada dasarnya menggunakan mesin turbin yang memiliki kebisingan sedikit. Berbeda dengan sistem penggerak propeler yang biasanya menggunakan mesin diesel, Water jet hanya menyebabkan getaran kecil pada badan kapal. Mesin diesel seperti yag kita ketahui, selain menyebabkan kebisingan yang luar biasa, jika kita mendekat pada kamar mesin akan terasa getarannya. Karena Water jet menggunakan menggunakan prinsip mesin turbin, getaran yang dihasilkan oleh sistem penggerak water jet relatif kecil. Cara kerja mesin water jet pada intinya adalah menggerakan kapal dengan semburan air yang diciptakan oleh mesin.Pada mesin water jet berlaku hukum newton ke III.Hukum tersebut dituliskan Faksi = - Freaksi. Apabila suatu benda dikenakan gaya dari luar, maka benda tersebut akan memberikan gaya juga tetapi dengan arah yang berlawanan. Pada water jet arah aliran air menuju kebelakang, tetapi arah gerak kapal menuju kedepan, Hal ini merupakan pengaruh dari hukum newton tersebut. Pada system kerja waterjet memiliki dua system yaitu sistem lambung kapal yang polos (Bare Hull System) dan sistem water jet itu sendiri.Yang dimaksud dengan sistem lambung kapal polos atau bare hull system adalah badan kapal tanpa water jet terpasang didalamnya. Namun dalam perhitungan berat serta posisi titik berat kapal (center of gravity) harus merupakan berat badan kapal dalam keadaan beroperasi dilaut, sehingga harus diikut sertakan juga berat air yang masuk melalui sistem water jet (entrained water). Sistem pada water jet terdiri atas dua sistem yaitu sistem pompa (Pump System) dan sistem aliran (Ducting System). Sistem pompa berfungsi untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga hidrolis. Tenaga hidrolis inilah yang dapat mengendalikan keseluruhan dari sistem water jet. Mulai dari berbelok dan mundur diatur dengan tenaga hidrolis. Keberadaan sistem pompa (water jet pump) pada sistem propulsi water jet sama halnya dengan keberadaan motor pendorong pokok pada kapal – kapal lainnya. Akan tetapi bedanya pada sistem ini masih harus ada penggerak utama yang digunakan untuk menggerakkan pompa water jet, turbin gas, motor listrik dan yang lainnya. Penggerak untama tersebut digunakan untuk menggerakkan shaft yang terhubung dengan turbin. Lewat turbin tersebut air yang masuk disemburkan. Water jet memiliki komponen utama yang lebih kompleks jika dibandingkan dengan komponen pada sistem propeller. Komponen-komponen tersebut terdiri dari Reverse, Deflektor, Hand Hole, Screen, Inlet, Nozzle, dan Turbine pump.
Inlet merupakan jalan masuknya air yang dihisap oleh pompa turbin pada sistem waterjet. Pada Inlet ini terdapat screen yang mencegah sampah atau benda lain masuk dan menghambat kerjanya sistem. Pada bagian Inlet juga terhubung dengan tuas, apabila tuas atau handhooke ditarik maka screen yang berada pada bagian bawah kapal akan seakan akan merontokkan sampah atau kotoran tersebut.
Gambar: 1.3 Water Jet Propulsion System
Setelah air terserap pada sistem, pompa akan bekerja kembali untuk menambahkan energi pada aliran air dan kemudian menyalurkannya menuju Noozle untuk dikeluarkan. Aliran yang dikeluarkan oleh noozle ini akan menjadi daya pendorong untuk kapal. Berbeda dengan prinsip kerja penggerak propeller yang mempercepat aliran air pada bagian luar, Prinsip kerja sistem penggerak water jet mempercepat aliran air pada bagian dalam turbin. Ketika kapal berada pada kecepatan tinggi, maka aliran air yang masuk melalui Inlet juga cepat hal ini dikarenakan Inlet langsung terhubung dengan aliran air. Dengan begitu kerja mesin penggerak pun tidak terlalu berat dan menyebabkan efisiensi tinggi. Hal ini menjadi salah satu alasan penggunaan water jet pada kapal kapal cepat yang ada sekarang. Pada sistem water jet terdapat reverser yang berfungsi untuk mengubah arah kapal bergerak ke belakang, reverser ini berbentuk tabung yang dikendalikan dengan tenaga hidrolik. Peran rudder pada kapal yang menggunakan sistem mesin waterjet digantikan oleh deflector, deflector pada sistem water jet akan mengubah arah aliran air sehingga kapal dapat berbelok. Kelemahan dari sistem water jet diantaranya adalah rawan masuknya kotoran pada turbin ataupun pada lubang Inlet, Efisiensi mesin penggerak kapal pada kecepatan lambat sangat rendah, Sulitnya merencanakan kapal yang seimbang (center of gravity), Tidak cocok digunakan untuk kapal ukuran besar sebagai sistem utama. Inlet merupakan jalan masuknya aliran air, tentu saja pada air laut terdapat tumbuhan seperti ganggang, bahkan terdapat sampah yang dapat menyebabkan aliran air yang menuju ke turbin tidak maksimal bahkan terhambat, cara untuk mengatasi kendala ini yaitu dengan memeriksa aliran dari Nozzle, apabila dirasa tidak normal, maka dilakukan penarikan tuas hand Hooke. Dengan ditariknya hand Hooke maka kotoran pada screen akan rontok dengan
sendirinya. Apabila kotoran masuk ke dalam turbin, maka harus dilakukan pengambilan kotoran dari dalam turbin denga cara membuka katup turbin yang berada diatasnya. Apabila kapal bergerak dari keadaan diam menuju kecepatan rendah, Akan menghabiskan banyak tenaga karena Aliran pada Inlet tidak mendapatkan aliran tambahan. Hal ini dikarenakan air yang di ambil atau air yang masuk ke Inlet berada dalam keadaan diam. Berbeda pada saat kapal setelah bergerak maju dengan kecepatan tinggi, Air yang masuk ke lubang Inlet telah mengalami percepatan karena gerak kapal yang maju. Water jet merupakan sistem penggerak yang menuntut efisiensi dari Trust. Karena efisiensi propulsi dari sistem ini yang kecil sehingga apabila sistem tidak tepat pada posisi mendatar, Gaya yang diberikan oleh water jet akan berkurang jauh. Sedangkan dalam memperhitungkan agar kapal tepat pada posisi mendatar dibutuhkan perhitungan yang sangat rumit. Perhitungan tersebut diantaranya adalah menghitung center of gravity dari kapal dalam hal peletakan water jet itu sendiri, Selain itu perlu diperhitungkan juga aliran air yang masuk pada water jet sehingga sewaktu waktu pada kondisi real center of gravity dari kapal akan berubah menurut kecepatan aliran air. Pada kapal yang digunakan untuk pengangkutan barang, ataupun kapal-kapal besar lebih efektif digunakan dengan sistem penggerak propeler. Trust yang dihasilkan propeler jauh lebih besar dibandingkan dengan sistem penggerak water jet pada kecepatan rendah. Pada kapal-kapal besar pada saat kecepatan rendah biasanya membutuhkan trust yang sangat besar untuk menggerakkannya. Dengan begitu penggunaan Water jet pada sistem penggerak kapal-kapal besar ataupun kapal pengangkut tidak cocok. Jadi sistem water jet merupakan sistem alternatif pengganti sistem penggerak propeler, Sistem water jet memiliki kelebihan dan kekurangan dan lebih efektif apabila digunakan pada jenis kapal-kapal tertentu. Sistem propulsi water jet memiliki keistimewaan yang tidak ada kaitannya dengan efisiensi propulsifnya. Dengan tidak terdapatnya propeller dan kemudi di luar kapal, sehingga tidak terjadi objek-objek yang dapat memperbesar tahanan total kapal. Sistem propulsi water jet ini juga memungkinkan untuk dioperasian di perairan yang tidak dalam/dangkal, mempunyai akselerasi serta olah gerak kapal yang baik pada saat kecepatan kapal yang relatif rendah maupun tinggi. Pada saat kecepatan kapal yang relatif tinggi, efisiensi propulsif dapat diusahakan cukup tinggi sehingga dapat dibandingkan dengan sistem penggerak propeller.
DAFTAR PUSTAKA http://www.hamjet.co.nz/global/waterjet-history diakses pada Kamis, 17 Desember 2015 pada pukul 10.56 Adji, Surdjo. Water Jet Propulsion System. Surabaya
