DESAIN PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN PDF

Preview

Summary

DESAIN II Doc.No 01/D2/III/2019 PROPELLER dan SISTEM Rev 1 PEROPOROSAN Date 28 Mei 2019 Page Page 1 of 80 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Filosofi Desain Pada semester sebelumnya, telah digambarkan bentuk utama kapal seperti Body Plan, Sheer Plan dan Half Breath Plan. Berdasarkan data dan gambar yang diperole...

Description

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 1 of 80

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Filosofi Desain Pada semester sebelumnya, telah digambarkan bentuk utama kapal seperti Body Plan, Sheer Plan dan Half Breath Plan. Berdasarkan data dan gambar yang diperoleh dari desain I, dapat digambarkan Tugas Rancang II (Desain II) yang berfokus pada sistem propulsi dan sistem perporosan. Ada tiga komponen sistem propulsi yang ada pada kapal yakni mesin penggerak utama (main engine), propulsor, dan sistem transmisi. Main engine inilah yang menghasilkan daya yang akan disalurkan ke propeller melalui sistem perporosan, sehingga propeller mampu memberikan gaya dorong atau thrust ke badan kapal dan kapal bisa melaju susuai dengan kecepatan dinas kapal yang diinginkan. Jadi pemilihan sistem propulsi yang tepat sangat penting dilakukan dalam merancang sebuah kapal. Dalam tugas perencanaan ini, tahapan yang pertama kali dilakukan adalah menghitung tahanan yang diakibatkan oleh gerakan kapal yang melaju di permukaan air berupa gaya dorong yang dihasilkan oleh putaran baling-baling. Perhitungan tahanan dapat diperoleh dari ukuran utama kapal. Perhitungan tahanan ini digunakan untuk mengetahui daya yang dibutuhkan kapal pada pemilihan main engine yang sesuai dengan kecepatan kapal agar dapat menghasilkan gaya dorong untuk melawan tahanan kapal tersebut. Dalam perhitungan tahanan kapal tentu dibutuhkan data ukuran utama kapal. Metode perhitungan tahanan pada perencanaan kapal ini menggunakan metode Harvald. Setelah mengetahui berapa besarnya tahanan kapal maka proses selanjutnya ialah menghitung daya engine yang nantinya akan ditransmisikan ke propeller. Langkah selanjutnya adalah memilih main engine. Selanjutnya kita memilih propeller dengan cara menentukan ratio reduction gear agar dapat menentukan propeller yang sesuai dengan kecepatan putaran reduction gear. Langkah selanjutnya adalah mencocokkan antara propeller dengan engine yang telah dipilih tadi atau istilahnya disebut dengan Engine Propeller Matching (EPM). Dalam laporan ini juga akan dihitung mengenai perencanaan boss propeller, kopling, tebal bantalan, pasak, tebal bantalan, intermediate shaft serta kopling penghubung antara poros propeller dan poros intermediate. Untuk langkah-langkah pengerjaan tugas gambar desain 2 ini memiliki beberapa tahapan sebagai berikut. 1. Pemilihan motor penggerak utama Perhitungan tahanan kapal. Perhitungan daya motor penggerak utama kapal. Pemilihan motor penggerak utama kapal. 2. Perhitungan dan penentuan type propeler. Perhitungan type propeller. Perhitungan kavitasi.

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 2 of 80

Perhitungan dimensi gambar propeler. Perhitungan dan penentuan sistem perporosan Perhitungan diameter poros propeller. Perhitungan perlengkapan propeller. Sebelum mulai mengerjakan desain dua ini maka perlu diingat kembali istilahistilah dasar seperti yang ada pada desain satu sebelumnya. -

3.

Gambar 1. 1 Istilah-istilah dalam Kapal Istilah-istilah yang dipakai dalam penggambaran rencana garis adalah sebagai berikut: • Lpp (Length Perpendicular) Adalah panjang antara 2 garis tegak yaitu jarak horisontal antara garis tegak depan (haluan/FP) dengan garis tegak belakang (buritan/AP).After Perpendicular (AP) adalah garis tegak buritan yaitu garis yang terletak pada linggi kemudi bagian belakang atau terletak pada sumbu kemudi. Sedangkan Fore Perpendicular (FP) adalah garis tegak haluan yaitu garis yang terletak pada titik potong antara linggi haluan dengan garis air pada sarat air. •

Lwl (Length of Water Line ) Adalah garis panjang kapal yang dihitung dari haluan hingga buritan pada saat kapal muatan penuh.

•

Ldisp (Length of Displacement) Adalah panjang kapal imajiner yang terjadi karena adanya perpindahan fluida sebagai akibat dari tercelupnya badan kapal. Panjang displacement dirumuskan sebagai panjang rata – rata antara Lpp dan Lwl, yaitu:

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Ldisp

•

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 3 of 80

= ½ . (LPP + LWL )

Gambar 1. 2 Potongan Melintang B (Breadth) Adalah lebar kapal yang diukur pada sisi terlebar kapal dari dan hingga garis gading terluar atau garis dalam kulit kapal.

•

H (Depth/Hight) Adalah tinggi kapal yang diukur dari dasar hingga geladak utama, bagian yang diukur adalah di bagian amidship.

•

T (Draught/Draft) Adalah tinggi yang diukur dari garis dasar hingga garis air muat.

•

Vs/√Ldisp (Speed length ratio) Adalah nilai awal yang digunakan untuk mengetahui nilai - nilai lain yang ada didalam diagram NSP (satuan panjang feet).

•

Cb (Block Coefficient) Adalah perbandingan antara isi karena (volume badan kapal yang tercelup dalam air) dengan volume balok dengan panjang L, lebar B dan tinggi T.

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

𝐶𝐵 =

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 4 of 80

 𝐿∙𝐵∙𝑇

Gambar1. 3 koefisien blok •

WL (Coeffisien Block of Waterline) Adalah koefisien blok pada saat muatan penuh rumusnya adalah : WL = ( Ldis x dis ) / LWL

•

Cp (Coeffisien Prismatik) Adalah perbandingan antara volume badan kapal yang ada di bawah permukaan air (isi karene) dengan volume sebuah prisma dengan luas penampang AM dan panjang L.

𝐶𝑃 =

 𝐴𝑀 ∙ 𝐿

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 5 of 80

Gambar 1. 4 koefisien prismatic •

Cm (Coeffisien Midship) Adalah perbandingan antara luas penampang gading besar yang terendam air dengan luas suatu penampang yang memiliki lebar B dan tinggi T. 𝐴𝑀 𝐶𝑀 = 𝐵∙𝑇

Gambar 1. 5 koefisien midship •

Am (Luas Midship) Adalah luasan bagian tengah kapal yang dipotong secara melintang yang memiliki lebar B dan tinggi T. Am = B x T x Cm

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

•

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 6 of 80

 (Volume Displacement )

Adalah volume air yang dipindahkan oleh badan kapal, termasuk:kulit lambung (hull skin),lunas sayap (bilge keel),daun kemudi (rudder),balingbaling (propeller) dan perlengkapan lainnya. Vdisp = Ldisp x B x T x displ

•

Radius Bilga (R) Adalah jari – jari lengkung bagian yang menghubungkan antara bagian samping dan bagian dasar kapal, adapun rumusnya adalah sebagai berikut :

•

Midship Bagian melintang pada bagian tengah kapal.

•

Center Line Bagian memanjang pada bagian tengah kapal.

•

Base Line Garis dasar kapal / Wl 0.

•

Station Pembagian panjang kapal menjadi beberapa bagian dengan jarak yang sama.

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 7 of 80

•

Body Plan Bentuk kurva dari station/section yang merupakan perpotongan antara permukaan lambung kapal dengan bidang yang tegak lurus dengan bidang tegak/buttockplane dan bidang garis air/waterline plane.

•

Buttock Line Proyeksi bentuk potongan – potongan badan kapal secara memanjang vertikal.

•

Water Line Proyeksi bentuk potongan – potongan badan kapal secara memanjang horisontal.

•

Upper Deck Garis geladak utama kapal dari ujung haluan sampai ujung buritan kapal.

•

Poop Deck Geladak tambahan yang terletak diatas geladak utama kapal pada bagian buritan kapal.

•

Forecastle Deck Geladak tambahan yang terletak diatas geladak utama kapal pada bagian haluan kapal.

•

Bulwark Pagar kapal yang terletak pada bagian tepi kapal untuk melindungi awak kapal.

•

Sent Garis yang ditarik pada salah satu atau beberpa titik yang terletak digaris tengah (centre line) dan membuat sudut dengan garis tengah.

•

Sheer Lengkungan kemiringan geladak kearah memanjang kapal.

•

Chamber Lengkungan kemiringan geladak kearah melintang kapal.

•

Base Line Garis dasar ( base line ) adalah garis air yang paling bawah. Dalam hal ini adalah garis air 0 atau WL 0. Atau kalau dilihat dari bidang

Doc.No

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 8 of 80

garis air, maka proyeksi base line adalah bidang garis air 0. Garis air ini ( WL 0 ) / garis dasar ini letaknya harus selalu datar. Pada kapal – kapal yang direncanakan dalam keadaan datar ( even keel ). •

Station Pembagian panjang kapal menjadi bagian bagian dengan jarak yang sama. (pada NSP di bagi menjadi 20 bagian). •

Buttock Line (Garis Tegak Potongan Memanjang) Proyeksi bentuk potongan – potongan badan kapal secara tegak memanjang kapal.

•

Water Line Diumpamakan suatu kapal dipotong secara memanjang (mendatar). Garis – garis potong yang mendatar ini disebut garis air ( water line ) dan mulai dari bawah diberi nama WL 0, WL 1, WL 2, WL 3 dan seterusnya. Dengan adanya potongan mendatar ini terjadilah beberapa penampang. Tiap – tiap penampang ini disebut bidang garis air.

•

Upper Deck Garis geladak utama kapal dari ujung haluan sampai ujung buritan kapal. • Poop Deck Geladak tambahan yang terletak diatas geladak utama kapal pada bagian buritan kapal. • Forecastle Deck Geladak tambahan yang terletak diatas geladak utama kapal pada bagian haluan kapal.

1.2 Data Ukuran Utama Kapal Length Between Perpendicular (LPP) Breadth Moulded (B) Depth Moulded (H) Design Draft (T) Service speeds Tipe kapal a. Length of Water Line (Lwl ) LWL = (1+4%)Lpp

: : : : : :

135,044 22,086 11,754 9,0765 13 Tanker

m m m m knot

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 9 of 80

= Lpp + 4% Lpp = 135,044+ 4%. 135,044 = 140,44576 m b. Length of Displacement (Ldisp) Ldisp = ½ . (LPP + LWL ) = ½ Lpp + ½ Lwl = ½ . 135,044+ ½ 140,44576 = 137,74488 m c. Coeffisien Prismatik of Displacement (φ) Diperoleh dari pembacaan diagram NSP sebesar = 0,7728 d. Coeffisien Block of Displacement (displ) Diperoleh dari pembacaan diagram Nsp sebesar = 0,7688 e. Coeffisien of Midship (β) Diperoleh dari pembacaan diagram NSP sebesar = 0,9856

1.3 Data Gambar Lines Plan Acuan untuk menentukan gambar propeller dan poros adalah lines plan dan perencanaan kapal yang ada di data ukuran utama kapal. Berikut merupakan data lines plan yang sudah dibuat.

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 10 of 80

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 11 of 80

BAB II PERHITUNGAN PROPELLER 2.1 Perhitungan Tahanan Kapal Untuk mendesain propeller, harus terlebih dahulu mengetahui ukuran utama kapal. Kemudian dari data tersebut, dapat diketahui tahanan total dari kapal. Dalam laporan ini metode yang digunakan untuk menghitung tahanan total kapal adalah metode Harvald. Tahanan kapal adalah gaya fluida yang bekerja pada kapal sedemikian rupa sehingga melawan gerakan kapal tersebut. Pada perhitungan tahanan, pertama ditentukan dulu koefisien masing-masing tahanan yang diperoleh dari diagram dan tabel. Pedoman dalam perhitungan merujuk pada buku tahanan dan propulsi kapal (Sa. Harvald) . Ada bebepa jenis tahanan pada kapal. Tahanan total kapal merupakan jumlah dari tahanan di air yakni tahanan gesek (Rf) dan tahanan sisa (Rr) dengan tahanan udara (Ra). Tahanan gesek atau yang disebut friction resistance (Rf) adalah gaya hambat pada kapal yang disebabkan adanya gesekan antara badan kapal yang tercelup di air dengan fluida.

Gambar 2.1 Tahanan berlawanan dengan arah gerak kapal Dalam menentukan tahanan kapal total bisa dicari dengan mengetahui terlebih dahulu koefisien-koefisien tahanan. Untuk dapat memperoleh nilai tahanan gesek terlebih dahulu harus dicari berapa nilai dari reynold numbernya. Langkah selanjutnya yakni mencari nilai koefisien Tahanan sisa (Cr) yang didalamnya terdapat nilai volume displacement. Setelah diketahui koefisien tahanan kapal, perlu adanya koreksi tambahan terhadap tahanan sisa kapal seperti koreksi B/T, koreksi terhadap ada tau tidaknya penyimpangan Lcb terbadap Lcb standart kapal, dan koreksi anggota badan kapal. Kemudian mencari nilai tahanan udara, tahanan kemudi, dan setelah itu baru bisa diketahui tahanan total kapal. Berikut merupakan skema alur penentuan tahanan total (Total Resistance) dari sebuah kapal.

Doc.No

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 12 of 80

1. Koefisien Tahanan Gesek (Cf) 2. Koefisien Tahanan Sisa (Cr) 3. Koefisien Tahanan Tambahan (Ca) 4. Koefisien Tahanan Kemudi (Cas)

Koefisien Tahanan Air (Ct air = Cf+Cr+Ca+Cas)

Tahanan Air (Rt air) Rt air = Ct air x ρ airlaut 2

x Vs x S/2 Tahanan Total (RT = Rt air + Rt udara)

Tahanan Udara(Rt udara)

Keterangan : = Merupakan Perhitungan Matematis = Konstanta Berikut merupakan detail perhitungannya. Untuk data kapal yang digunakan untuk mengihtung tahanan total kapal yakni sebagai berikut :

2.2. Perhitungan tahanan kapal dengan menggunakan metode Guldhammer dan Harvald 2.2.1. Menghitung Froude Number atau Speed Length Ratio

Doc.No

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Fn =

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 13 of 80

V gL

Didapat tabel perhitungan seperti dibawah ini Vs (Knot) 10 11 12 13 14 15

Vs(m/s) 5,14 5,654 6,168 6,682 7,196 7,71

Fn 0,1384759 0,1523235 0,1661711 0,1800187 0,1938663 0,2077139

2.2.2. Menghitung Reynold Number Reynold number yaitu angka yang dapat menunjukkan sifat aliran fluida apakah itu laminar (aliran teratur) atau turbulence (aliran acak), Angka reynold berkorelasi dengan tahanan gesek yang terjadi pada kapal, Rumus viskositas pada suhu 27°C adalah 8,9 x 10-7

didapat table perhitungan seperti di bawah ini Vs (Knot) 10 11 12 13 14 15

Vs (m/s) 5,14 5,654 6,168 6,682 7,196 7,71

Rn 811113715,1 892225086,6 973336458,1 1054447830 1135559201 1216670573

Rn x 10^8 8,111137151 8,922250866 9,733364581 10,5444783 11,35559201 12,16670573

2.2.3. Menghitung Koefisien Tahanan Gesek Merupakan koefisien dari tahanan yang terjadi pada kapal yang diakibatkan oleh badan kapal yang tercelup yang bergesekan langsung dengan air laut.

Doc.No

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 14 of 80

Rumus Dari formula diatas didapat hasil perhtingan sebagai berikut

Vs (Knot) 10 11 12 13 14 15

Rn 811113715,1 892225086,6 973336458,1 1054447830 1135559201 1216670573

Cf 0,000944921 0,000936201 0,000928346 0,000921206 0,00091467 0,000908646

2.2.4 Menghitung Koefisien Tahanan Sisa (Cr) Cr adalah koefisien dari tahanan yang terjadi akibat gaya-gaya luar yang terjadi pada kapal. Tahapan dalam mencari Cr adalah . 1. Pembacaan grafik 2. Koreksi Rasio B/T 3. Koreksi lcb 4. Koreksi anggota badan kapal Cr yang telah dikoreksi adalah Cr final yang nantinya digunakan untuk menghitung tahanan total. • Menentukan Nilai L / 1/3 • Tentukan Cp dari Nsp = 0.7728 • Cr dapat diketahui dengan melihat diagram Guldhammer

a. Menentukan Jenis Grafik L/▽1/3 Rumus = 5,072248543

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 15 of 80

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 16 of 80

b. Menghitung Koreksi LCB dan B/T Koreksi LCB LCB/LPP % Nilai e = 2,295551 % LCB dengan LCB Simpson Koreksi B/T B/T Koreksi 10³Cr2

2,433316807 0,16 x((B/T)2,5) -0,010669311

Selanjutnya adalah menentukan nilai %LCB standar pada grafik %LCB standar dengan mengetahui nilai froude number dari masing-masing kecepatan. Mencari nilai %LCB standar

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Dari grafik diatas diperoleh data sebagai berikut

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 17 of 80

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 18 of 80

Menentukan nilai akhir CR

Terakhir, Koreksi Anggota Badan Kapal, yaitu koreksi yang berkaitan dengan Bos baling-baling, sehingga untuk kapal penuh Cr dinaikan sebesar 3-5% (HARVALD hal. 132) saya mengambil data 4% v v Cr knot m/s 10 5,14 -1,11E-05 11 5,654 0,0007466 12 6,168 0,0008814 13 6,682 0,0010822 14 7,196 0,0014596 15 7,71 0,0019729

Perhitungan Koefisien Tahanan Tambahan

Perhitungan Koefisien Tahanan Udara Tahanan udara adalah hambatan yang diterima oleh kapal akibat adanya tahanan atau gaya terhadap badan kapal yang berada di atas permukaan basah. Nilai tahanan udara ditentukan sebesar. Caa =

0,00007

Perhitungan Tahanan Kemudi

DESAIN II

PROPELLER dan SISTEM PEROPOROSAN

Cas =

Doc.No

01/D2/III/2019

Rev

1

Date

28 Mei 2019

Page

Page 19 of 80

0,00004

Perhitungan Koefisien Tahanan Total

Perhitungan Tahanan Total 𝑹𝒕 =

𝟏 𝒙 𝝆 𝒙 𝑪𝒕 𝒙 𝑺 𝒙 𝑽𝟐 𝟐

Perhitungan Tahanan Total (Sea Margin) Dari "Tahanan dan Propopulsi Kapal" Sv. Aa. ...