PERENCANAAN WATER JET SEBAGAI ALTERNATIF PROPULSI PADA KAPAL CEPAT TORPEDO 40 M UNTUK MENINGKATKAN KECEPATAN SAMPAI 40 KNOT Akmal Thoriq Firdaus1),Agoes Santoso2),Tony Bambang2), 1) Mahasiswa : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan,FTK – ITS 2) Staf Pengajar : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK – ITS
[email protected]
ABSTRAK Kapal cepat Torpedo (KCT) 40 m merupakan salah satu kapal cepat yang dirancang untuk mengawasi dan mengamankan daerah perairan NKRI. Kapal ini memiliki thrust yang tinggi dan senjata utama yang melengkapinya adalah torpedo. kapal ini memiliki kecepatan yang didesain mencapai 27 knot. Pada pengembangannya , kapal cepat torpedo ini di desain untuk mencapai kecepatan 40 knot. Salah satu cara untuk mencapai kecepatan tersebut adalah dengan menggunakan Water Jet pada sistem propulsi kapal cepat torpedo ini. Proses yang dilakukan untuk mencapai kecepatan 40 knots adalah merubah desain dari engine room karena akan direncanakan untuk penggunaan water jet. Selanjutnya adalah memilih mesin dan water jet yang sesuai untuk meningkatkan kecepatan menjadi 40 knots. Mesin yang dipilih adalah MTU 20V400M7L dan water jet yang dipilih adalah Hamilton H721 series. Kata Kunci : water jet, kapal cepat torpedo PENDAHULUAN
Kapal cepat Torpedo (KCT) 40 m merupakan salah satu kapal cepat yang dirancang untuk mengawasi dan mengamankan daerah perairan NKRI. Kapal ini memiliki thrust yang tinggi dan senjata utama yang melengkapinya adalah torpedo. Berdasarkan Tugas Akhir mahasiswa yang berjudul Sistem Persenjataan Kapal Cepat Torpedo 40 Meter (Adam Adimas Putra, 2013) , kapal ini memiliki kecepatan yang didesain mencapai 27 knot. Sistem propulsi pada kapal ini menggunakan mesin utama (MTU) yang dihubungkan dengan propeller.
Peningkatan kecepatan pada suatu kapal dapat berarti penurunan tahanan dan peningkatan daya dorong oleh sistem propulsinya. Untuk mendapatkan tahanan yang kecil, dilakukan dengan mendesain bentuk badan kapal yang semakin memenuhi kriteria hidrodinamis. Cara lain adalah dengan mengurangi luas permukaan yang tercelup di dalam air dengan cara mengangkat sebagian atau seluruh badan kapal saat beroperasi di air. Sementara usaha untuk mendapat gaya dorong yang besar salah satunya dilakukan dengan menggunakan sistem propulsi waterjet TINJAUAN PUSTAKA Kapal cepat adalah kapal yang memiliki kecepatan diatas 20 knot. Pada aplikasinya sering digunakan untuk Kapal Perang, Kapal cepat penumpang,dll . - Kapal Cepat Torpedo Kapal cepat Torpedo merupakan kapal cepat yang dedesain untuk memiliki torpedo sebagai lawan untuk kapal selam. - Kapal cepat Rudal Kapal cepat rudal merupakan salah satu jenis kapal perang yang di desain untuk memiliki persenjataan berupa rudal didalamnya, - Kapal cepat penumpang Adalah kapal cepat yang digunakan khusus untuk transportasi penumpang. Biasanya kapal cepat jenis ini digunakan untuk transportasi antar pulau, maupun untuk kapal wisata (yatch)
Water jet merupakan salah satu sistem penggerak yang diaplikasikan pada kapal, dimana memiliki prinsip kerja berupa mengambil air yang nantinya masuk kedalam putaran jet/turbin untuk dihembuskan/dilemparkan kembali keluar, yang nantinya akan menjadi daya dorong kapal. Aplikasi dari sistem propulsi water jet ini sering dijumpai terutama untuk kapal – kapal yang dirancang berkecepatan tinggi, karena berdasarkan penelitian – penelitian yang telah dilaksanakan menunjukkan bahwa sistem propulsi water jet memiliki beberapa keuntungan yang tidak ada kaitannya dengan efisiensi propulsifnya. Prinsip reaksi menyatakan bahwa setiap aksi akan menimbulkan reaksi yang sama besarnya tetapi berlawanan arahnya. Contoh–contoh pada prinsip reaksi sudah banyak di kenal, misalnya jika kita menembak dengan senapan maka akan ada reaksi dari senapan yaitu berupa gaya dorong ke belakang. Penerapan prinsip reaksi hanya berbeda pada metode–metode dan mekanisme– mekanisme yang digunakan untuk menghasilkan suatu aksi gerakan.
Gaya Dorong Persamaan gaya dorong untuk sistem propulsi water jet adalah
Efisiensi Pompa Kerugian daya pompa timbul karena bentuk konstruksi dari pompa itu sendiri serta karena adanya kehilangan energi pada bagian– bagian pompa yang bersentuhan. Secara umum efisiensi dapat juga dikatakan sebagai perbandingan antara nilai keluaran dan masukan. Sehingga dengan adanya kerugian daya terssbut, maka daya yang dibutuhkan pompa pada poros inputnya menjadi :
dimana : Psh = daya pompa pada poros input Pp = daya pompa Q = kapasitas aliran pompa Hpump = head pompa ηOP = efisiensi total pompa = ηv x ηh x ηm ηv = efisiensi volumetric ηh = efisiensi hidrolis ηm = efisiensi mekanis Efisiensi Propulsif Keseluruhan Pergerakan kapal akan menimbulkan resistance atau tahanan, dimana tahanan total yang diterima kapal ini harus dapat diatasi oleh sistem propulsinya. Kemampuan sistem propulsi menyeluruh diperhitungkan sebagai efisiensi propulsi overall (OPC) yang ditinjau dari energi yang diberikan penggerak pompa, kerugian transmisi sampai pada keluaran daya efektif yang berguna untuk menggerakkan kapal. Sehingga efisiensi propulsif overall untuk sistem water jet dapat ditulis :
(3) Dimana : T = Gaya dorong m = laju aliran massa fluida ρ = massa jenis fluida kerja A = Luas penampang outlet nossel Vj. = Kecepatan aliran jet Vi = Kecepatan efektif yang diperkirakan pada saluran inlet
dimana ηj = efisiensi sistem jet yang dihitung dari kecepatan aliran jet , kerugian pada nossel, kerugian pada saluran inlet, dll. ηp = efisiensi pompa ηr = relative rotative efisiensi , secara umum harganya mendekati 1 ηH = efisiensi badan kapal.
Nozzle Pada bagian belakang dari water jet adalah berupa nossle sehingga memiliki beberapa persamaan. Nossel adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi akibat adanya perbedaan tekanan statis antara dua titik dalam medan aliran menjadi energi kinetik fluida. Aliran yang melalui nossel digerakkan oleh tekanan tinggi pada sisi masuk nossel menuju tekanan statis yang lebih rendah yang terletak pada kerongkongan nossel. Pada setiap titik dari permukaan nossel yang berbentuk konvergen, gradien tekanan static menyebabkan adanya aliran fluida yang mengalir dengan percepatan menuju kerongkongan nossel. Penurunan viskositas dan besarnya rugi – rugi gesekan pada nossel konvergen sangat dipengaruhi oleh lapisan batasnya. Lapisan batas yang panjang pada nossel akan menyebabkan berkurangnya prestasi dari nossel, karena lapisan batas yang dihasilkan relatif besar dan akan menambah besarnya rugi–rugi gesekan pada salurannya. METODOLOGI PENULISAN Metodologi yang digunakan dalam penulisan dan penyelesaian tugas akhir ini meliputi: Studi Literatur Mempelajari dasar–dasar teori maupun data–data pendukung untuk proses perancangan sistem propulsi water jet yang diperoleh dari kepustakaan, hasil penulisan tugas akhir, jurnal–jurnal dan artikel–artikel baik dari majalah ataupun dari internet. Disamping itu digunakan juga dasar – dasar teori yang diperoleh dari bahan perkuliahan yang menunjang perhitungan– perhitungan dengan rumus pendekatan yang berkaitan dengan teori Tahanan dan Propulsi Kapal, perhitungan gaya dorong dan besarnya thrust per pompa, penentuan parameter–parameter yang digunakan dalam sistem water jet serta penganalisaan unjuk kerja sistem water jet dan performance dari sistem propulsi kapal. Pengumpulan Data Yaitu menggunakan data-data kapal baik itu ukuran utama maupun gambar general arrangement dari gambar sebelumnya.
Perhitungan Yaitu mulai menghitung hasil dari redesign kapal, selanjutnya diambil data tahanan, serta water jet yang akan digunakan pada kapal cepat. Analisa Yaitu menganalisa hasil perhitungan serta melihat apakah telah menjawab hasil dari tujuan diawal. Kesimpulan Setelah semua analisa mampu menjawab dari rumusan masalah, maka yang terakhir adalah menyimpulkan dari hasil analisa, serta memberi saran yang diperlukan. Flow Chart
25
PEMBAHASAN Re-Design Pada dasarnya bentuk lambung kapal tidak mengalami perubahan yang signifikan, namun beberapa perubahan terjadi nantinya meliputi bagian buritan , karena pengaruh penyesuaian dari letak water jet yang akan direncanakan. Pada bagian ini menggunakan program maksurf professional, dan data dari program tersebut akan di transfer ke program Hullspeed untuk perhitungan data berikutnya.
Pada body plan bagian haluan sama dengan gambar sebelumnya, namun perubahan terjadi pada daerah buritan. Speed Power Prediction Pada analisa ini menggunakan metode savitsky pre-planing dan savitsky planning, range kecepatan yang digunakan adalah 30 knots sampai 40 knots, serta menggunakan efisiensi 70%.
1
31
Savitsky Planning Resistance (kN) 171.31
2
31.25
172.79
3968.3
3
31.5
174.27
4034.28
4
31.75
175.75
4100.81
5
32
177.23
4167.89
6
32.25
178.7
4235.5
Speed (kts)
Savitsky Planning Power (kW) 3902.88
7
32.5
180.18
4303.65
8
32.75
181.66
4372.33
9
33
183.14
4441.52
10
33.25
184.61
4511.21
11
33.5
186.09
4581.41
12
33.75
187.56
4652.1
13
34
189.03
4723.27
14
34.25
190.49
4794.92
15
34.5
191.96
4867.03
16
34.75
193.42
4939.59
17
35
194.87
5012.59
18
35.25
196.33
5086.03
19
35.5
197.78
5159.89
20
35.75
199.22
5234.17
21
36
200.66
5308.85
22
36.25
202.09
5383.93
23
36.5
203.52
5459.38
24
31
171.31
3902.88
25
31.25
172.79
3968.3
26
36.75
204.94
5535.21
27
37
206.36
5611.4
28
37.25
207.77
5687.94
29
37.5
209.18
5764.82
30
37.75
210.58
5842.04
31
38
211.97
5919.57
32
38.25
213.35
5997.41
33
38.5
214.73
6075.56
34
38.75
216.1
6153.99
35
39
217.46
6232.71
36
39.25
218.81
6311.7
37
39.5
220.15
6390.95
38
39.75
221.49
6470.46
39
40
222.82
6550.21
40
36.75
204.94
5535.21
41
37
206.36
5611.4
Daya Dorong Setelah mengetahui dari hasil program hullspeed , maka akan diketahui berapa power yang dibutuhkan agar kapal tersebut dapat bergerak, sehingga nanti akan ada korelasi antara mesin yang dipilih dengan waterjet yang dipilih agar kapal mampu melawan tahanan untuk dapat bergerak dengan cepat. Berdasarkan tabel diatas pada kecepatan yang dibutuhkan yaitu 40 knot, membutuhkan power 6550,21 kw. Pada kapal cepat torpedo ini , desain awal menggunakan twins engine, maka :
power = BHP / 2 = 6550,21 kw / 2 = 3275,105 kw Sehingga motor yang dipilih adalah : Merk : MTU Engine model : 20V400M7L Exhaust Optimization : IMO 1 Fuel Consumption : 212 g/kWh Mass, dry (M/E) : 11468 kg No. of cylinder : 20 Bore/Stroke :170/190 mm Speed : 1750 rpm M/E Power : 3600 kW Water Jet Matching Pada bagian ini akan dibahas tentang kesesuaian dari mesin yang dipilih serta perencanaan water jet. Pada saat putaran mesin mencapai 85% rpm , kecepatan kapal adalah 40 knots, namun nanti harus sesuai dengan pemilihan water jet. Sehingga dengan pemilihan water jet tersebut kecepatan dapat dicapai. Berikut ini adalah kurva tentang engine performance sesuai dengan spesifikasi engine yang dipilih. N engine
BHP
BHP 50%
(kW)
(kW)
sehingga nantinya harus dipilih power dari waterjet yang sesuai dengan engine tersebut. Kondisi Pada saat tersebut adalah kedua engine bekerja , bukan pada saat kondisi salah satu mesin hidup. Selanjutnya adalah memilih waterjet yang sesuai dengan perencanaan engine serta kecepatan yang diinginkan. Nantinya water jet yang dipilih harus memiliki kisaran 3400 kw, yaitu power maksimal dari engine yang dipilih.
Berdasarkan gambar diatas, daerah yang mendekati 3400 kw adalah tipe HM811 , setelah dipilih perencanaan tipe tersebut, maka yang selanjutnya adalah membuat grafik dari performa waterjet tersebut untuk mengetahui titik – titik operasional.
rpm
%
600
34.29
1165.7
582.86
700
40.00
1360.0
680.00
rpm
%
800
45.71
1554.3
777.14
500
45.45
1454.5
1236.36
900
51.43
1748.6
874.29
550
50.00
1600.0
1360.00
54.55
1745.5
1483.64
N waterjet
BHP
BHP 85%
(kW)
(kW)
1000
57.14
1942.9
971.43
600
1100
62.86
2137.1
1068.57
650
59.09
1890.9
1607.27
1200
68.57
2331.4
1165.71
700
63.64
2036.4
1730.91
1300
74.29
2525.7
1262.86
750
68.18
2181.8
1854.55
1400
80.00
2720.0
1360.00
800
72.73
2327.3
1978.18
1500
85.71
2914.3
1457.14
850
77.27
2472.7
2101.82
1600
91.43
3108.6
1554.29
900
81.82
2618.2
2225.45
1700
97.14
3400.0
1700.00
950
86.36
2763.6
2349.09
1750
100
3400.0
1700.00
1000
90.91
2909.1
2472.73
1050
95.45
3200.0
2720.00
1100
100.00
3450.0
2932.50
power
Pada tabel diatas saat engine 100% , yang dihasilkan adalah 3400 kw,
Selanjutnya adalah menyesuaikan antara engine dengan water jet untuk mengetahui apakah water jet tersbut mampu menghasilkan kecepatan 40 knots,kurva tersebut akan dijelaskan pada gambar dibwah ini.
Sistem propulsi pada kapal ini menggunakan mesin utama (MTU) yang dihubungkan dengan propeller. Pada pengembangannya , kapal cepat torpedo ini di desain untuk mencapai kecepatan 40 knot. Salah satu cara untuk mencapai kecepatan tersebut adalah dengan menggunakan Water Jet pada sistem propulsi kapal cepat torpedo ini. Pada saat pemilihan engine, didapatkan spesifikasi engine yang sesuai untuk meningkatkan kecepatan sampai 40 knot, yaitu DAFTAR PUSTAKA
Pada bagian lain yang berpengaruh setelah pemasangan engine dan water jet adalah, shaft dari engine yang pertama terhubung dengan gear boxes, selanjutnya adalah shaft yang terhubung dengan impeller dari water jet dengan diameter 200 mm. Berat dari water jet yang dipilih adalah 152 kg, namun pada saat diatas air menjadi 35 kg, ang tentunya tidak akan berpengaruh terhadap stabilitas, karena pada bagian haluan kapal telah ada ballast.
PENUTUP Kesimpulan Kapal cepat Torpedo (KCT) 40 m merupakan salah satu kapal cepat yang dirancang untuk mengawasi dan mengamankan daerah perairan NKRI. Kapal ini memiliki thrust yang tinggi dan senjata utama yang melengkapinya adalah torpedo. Berdasarkan Tugas Akhir mahasiswa yang berjudul Sistem Persenjataan Kapal Cepat Torpedo 40 Meter (Adam Adimas Putra, 2013) , kapal ini memiliki kecepatan yang didesain mencapai 27 knot.
1. Adji,Surjo W. Water Jet Propulsion System 2. Adji,Surjo W. 2009. Resistance and Propulsion 3. Hartono, Rachmad.2010. Studi Perancangan Sistem Propulsi Water Jet Pada Kapal Cepat Patroli 40 TNI AL, Sekolah Tinggi Teknologi, Jurusan Teknik Mesin,Surabaya 4. Putra, Adam Adimas.2013. Sistem Persenjataan Kapal Cepat Torpedo 40 Meter,Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan,Surabaya 5. http://id.wikipedia.org/wiki/KRI_Ajak 6. http://kapalcargo.blogspot.com/2011/04/ tahanan-pada-kapal-laut.html
