BAB I PENDAHULUAN I. 1. LATAR BELAKANG Archimedes

Naval System Engineering Hasanuddin University

HANDAYANI ( D 331 07 016 )

BAB I PENDAHULUAN

I. 1. LATAR BELAKANG Sistem propulsi atau penggerak merupakan sistem yang sangat berperan dalam kemampuan gerak suatu kapal. Awal sejarah perkembangan tentang alat gerak kapal telah dimulai pada kisaran 287 – 212 SM yang mana seorang Archimedes menemukan piranti untuk memindahkan air dari danau ke saluran irigasi pertanian Syiracuse di Sicily. Alat ini kemudian dikenal dengan sebutan “Archimedean Screw Pumps”,

[12]

hingga penggerak-penggerak kapal jenis pod yang baru diperkenalkan pada industri perkapalan akhir-akhir ini sesungguhnya berasal dari konsep pendorong jenis azimuth (azimuthing thruster) yang telah mulai digunakan secara umum sejak 1878.

[1]

Sejak

penggunaan pertama kali sampai dengan sekarang, baling-baling sebagai alat penggerak kapal berkembang secara tahap demi tahap. Walaupun demikian saat ini baling-baling merupakan alat penggerak kapal mekanis yang paling banyak digunakan untuk kapalkapal dari segala ukuran dan jenisnya. [6] Pada kasus-kasus tertentu seperti pada kapal-kapal pemecah es (icebreakers) dan scientific ships, dibutuhkan alat penggerak yang mampu memberikan performance yang lebih, sehingga diperkenalkanlah sistem-sistem penggerak kapal jenis pod (azimuth podded propulsor) yang juga merupakan propulsi jenis elektrik.

[7]

Namun demikian,

kebutuhan untuk penggerak-penggerak jenis pod yang lebih besar lagi terjadi sangat cepat selama pertengahan tahun-tahun 1990-an dengan unit-unit atau satuan-satuan yang

Skripsi_2011

1


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

dayanya makin meningkat dari hanya beberapa megawatt sampai lebih dari 20 megawatt seperti yang ada saat ini. Jenis penggerak-penggerak kapal ini pada awal-awal tahun penggunaannya hanya diterapkan terutama pada kapal-kapal pemecah es (icebreakers) dan kemudian pada kapal-kapal pesiar yang besar-besar (cruisers), tetapi saat ini telah digunakan juga

pada kapal-kapal penyeberangan penumpang/kendaraan jenis roro

(ropax ferries), kapal-kapal tanker, kapal-kapal pemasang kabel laut (cable layers), kapal-kapal perang dan kapal-kapal riset. Perkembangan yang sangat cepat ini terpicu oleh pernyataan-pernyataan para penggunanya mengenai daya guna penggerak serta kemampuan olah gerak kapal yang telah nyata-nyata terbukti menjadi lebih baik. [1] KMP. Sultan Murhum merupakan salah satu jenis kapal ferry yang beberapa waktu lalu direparasi di PT. IKI (Industri Kapal Indonesia) Makassar. Masalah yang terjadi pada KMP. Sultan Murhum yaitu ketidaksesuaian antara luas daun kemudi dengan kemampuan menuvering yang telah ditetapkan, sehingga pada saat kapal melakukan maneuvering badan kapal akan berputar dan diameter turning circle yang dihasilkan terlalu besar. Kerugian yang dapat terjadi bila keadaan ini tetap dipertahankan, yaitu badan kapal akan mengalami kemiringan, dan bisa mengakibatkan tenggelamnya kapal. Pada penelitian sebelumnya, luas daun kemudi sangat berpengaruh pada kinerja maneuvering KMP.Sultan Murhum. Dari data hasil pengujian diperoleh luas daun kemudi hasil perhitungan (AR = 0,897 m2), performa maneuver yang dihasilkan lebih baik dibandingkan dengan luas daun kemudi yang lain (AR = 0,816 m2 dan AR = 1,04 m2). Selain itu kondisi sarat kapal juga berpengaruh terhadap kinerja luas daun kemudi

Skripsi_2011

2


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

terhadap maneuvering kapal. Dari data hasil pengujian menunjukkan bahwa pada kondisi sarat (T = 1,45 m) memiliki gerak maneuver yang lebih baik dibandingkan dengan kondisi sarat yang lain. [11] Strategi pengendalian maneuver merupakan hal yang sangat penting dalam sistem navigasi kapal untuk pencapaian target yang telah ditentukan. Dengan adanya kenyataan di atas, maka pada penelitian ini difokuskan pada “Penggunaan Azimuth Podded

terhadap

Kemampuan

Maneuver

Kapal”.

Penelitian

ini

akan

membandingkan pengaruh jenis propulsi azimuth podded dan propulsi sistem konvensional, khususnya dalam maneuvering kapal.

I. 2. RUMUSAN MASALAH Jenis propulsor pada sebuah kapal sangat mempengaruhi olah gerak kapal. Setiap jenis propulsor memiliki kemampuan yang berbeda-beda. Dengan dasar tersebut, maka yang menjadi rumusan masalah antara lain : 1. Bagaimana pengaruh jenis propulsi azimuth podded terhadap kemampuan maneuver kapal ferry? 2. Apa perbedaan jenis propulsi azimuth podded dibanding dengan jenis propulsi konvensional?

Skripsi_2011

3

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


I. 3. BATASAN MASALAH Dalam mencapai tujuan dari penelitian ini, maka batasan masalah mencakup : a) Jenis propulsor yang digunakan sebagai pembanding adalah sistem konvensional. b) Kemampuan maneuver yang dianalisa adalah turning circle dan zig-zag maneuver.

I. 4. TUJUAN Secara umum tujuan penyusunan laporan adalah: a) Mengetahui kemampuan maneuver kapal jika menggunakan jenis propulsor azimuth podded. b) Mengetahui perbedaan mendasar antara jenis propulsor azimuth podded dengan propulsor sistem konvensional.

I. 5. MANFAAT Adapun manfaat dari penulisan laporan yaitu: a) Memberikan pemahaman atau pengetahuan baru terkait jenis propulsor yakni azimuth podded. b) Menambah pengetahuan mengenai pengaruh jenis propulsor terhadap kemampuan maneuver kapal.

Skripsi_2011

4


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

I.

6. SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika penulisan laporan adalah sebagi berikut: Bab I Pendahuluan Pendahuluan mencakup latar belakang dari pembuatan laporan, rumusan masalah yang spesifik pada jenis propulsor tertentu, batasan masalah yang mencakup jenis propulsi dan kemampuan maneuver kapal, tujuan penulisan laporan, manfaat, serta sistematika penulisan. Bab II Tinjauan Pustaka Pada bab ini dijelaskan mengenai teori dasar dari standar maneuvering, propulsi jenis azimuth podded , serta persamaan gaya gerak maneuver yang digunakan. Bab III Metodologi Mencakup jenis metode penelitian yang dilakukan dalam penyelesaian dan penyusunan tugas akhir ini. Bab IV Hasil & Pembahasan Pada bab ini akan dibahas hasil perhitungan-perhitungan yang berhubungan dengan kemampuan maneuver kapal. Perhitungan-perhitungan tersebut antara lain perhitungan

parameter utama kapal, prediksi turunan koefisien

hidrodinamika, serta analisa data dalam bentuk grafik-grafik. Bab V penutup Pada bagian penutup penyusun merangkum beberapa kesimpulan, dan saransaran terkait hasil penelitian ini dan untuk penelitian selanjutnya.

Skripsi_2011

5


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.

1. Standar Maneuverability Dalam maneuvering sebuah kapal, prosedur yang digunakan mengacu kepada

peraturan standar

kemampuan

maneuver

kapal

yang direkomendasikan oleh

International Maritime Organization (IMO) yakni resolusi MSC.137 (76) annex.6 tertanggal 4 Desember 2002 dan mulai diterapkan sejak tanggal 1 Januari 2004, yang mana resolusi ini merupakan amandemen terhadap resolusi sebelumnya yakni A.751 (18) mengenai standar kemampuan maneuver kapal. Mengacu kepada penjelasan resolusi tersebut di atas, sebagaimana yang telah direkomendasikan oleh International Maritime Organization (IMO), aturan standar yang dimaksud disini didasarkan atas pengertian bahwa kemampuan maneuver kapal dapat dievaluasi berdasarkan karakteristik dari pengujian maneuver seperti biasanya atau secara konvensional, dimana kapal yang dimaksud adalah kapal yang memiliki panjang 100 meter atau lebih (kecuali tanker dan gas carrier) dengan menggunakan sistem propulsi dan sistem kemudi (steering) konvensional yakni gaya dorong kapal dihasilkan oleh propeller yang digerakan oleh poros propeller. Standar maneuver dan terminologinya didefinisikan sebagai berikut :

Skripsi_2011

6

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


a. Zig zag maneuver dengan sudut kemudi 10 derajat/10 derajat dilaksanakan dengan prosedur sebagai berikut : 

Setelah tercapai steady approach dengan percepatan yawing sama dengan nol, maka kemudi dibelokan sebesar 10 derajat ke arah starboard atau portside (eksekusi pertama).



Pada saat sudut heading berubah 10 derajat dari sudut heading semula, maka kemudi dibelokan berlawanan atau dibalik 10 derajat ke arah portside atau starboard (eksekusi kedua).



Setelah kemudi dibelokan ke arah portside/starboard, maka kapal akan terus berbelok pada arah semula dengan mengalami penurunan kecepatan belok. Untuk mengetahui respon kapal terhadap kemudi maka selanjutnya kapal harus dibelokan ke arah portside/starboard. Ketika kapal sudah mencapai sudut heading 10 derajat ke arah portside/starboard dari lintasan semula maka selanjutnya kemudi dilawan atau diarahkan sebaliknya yakni 10 derajat ke arah starboard/portside (eksekusi ketiga).

b. Sudut overshoot pertama adalah penambahan dari deviasi sudut heading pada zig -zag maneuver pada eksekusi kedua. c. Sudut overshoot kedua adalah penambahan dari deviasi sudut heading pada zigzag maneuver pada eksekusi ketiga. d. Zig-zag maneuver dengan sudut kemudi 20 derajat/20 derajat dilaksanakan dengan prosedur yang sama dengan urutan prosedur no.3 sampai dengan no.5.

Skripsi_2011

7

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


Dalam menganalisa maneuver performance kapal maka pengujian maneuver baik ke arah portside maupun starboard harus dilaksanakan dengan kondisi sebagai berikut: 

Pengujian dilakukan pada perairan dalam (deep water) atau perairan tak terbatas (unrestricted water).



Kondisi perairan atau linkungan yang tenang (calm environment).



Kondisi sarat penuh (sesuai dengan garis air pada musim panas), even keel.



Steady approach pada saat speed test.

IMO telah merekomendasikan beberapa kriteria standar untuk manuverabilitas kapal. Kriteria tersebut harus dipenuhi oleh sebuah kapal saat beroperasi baik di perairan yang dalam (deep water) maupun di perairan terbatas atau beroperasi di sekitar pelabuhan atau di perairan yang dangkal (restricted and shallow water).

Skripsi_2011

8


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel berikut : Tabel 1. Standar Manuverabilitas Kapal oleh IMO (Resolusi MSC 137 (76) 2002) Ability Turning ability

Initial turning ability

Test

Criteria

Turning test with max. Rudder

Advanced <4,5 L

Angle (35 deg.)

Tactical Diameter <5,0 L

0

0

10 / 10 Z-test

Distance ship run before 2nd rudder execution < 2,5 L

Stopping ability

Stopping test with full astern

Track reach < 15 L

Course-keeping and

100 / 100 Z-test

1st Overshoot

yaw-checking ability

<100

(L/U<10

<(5+0,5 (L/U))0 (10s
(30s
2nd Overshoot <250

(L/U<10s)

<(17,5+0,75(L/U))0 (10s
(30s
Manuver yang digunakan dalam percobaan di laut mengikuti rekomendasi dari maneuvering trial code of ITTC (1975) and the IMO circular MSC 389 (1985). IMO juga menentukan penampilan dari beberapa hasil pada poster, bucklet dan maneuvering bucklet pada IMO resolution A.601 (15)(1987). Standar pengujian yang diperlukan dalam manuver kapal disyaratkan dalam IMO Resolusi MSC 137 (76) (2002) antara lain: Turning Cycle Test. Turning cycle test, mulai dari gerak lurus dengan laju konstan, rudder dihidupkan dengan kecepatan maksimum ke sudut δ (sudut kemudi maksimum) dan tetap pada sudut

Skripsi_2011

9

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


tersebut, sampai kapal telah melakukan turning cycle paling kurang 540o. percobaan dilakukan untuk bagian port dan starboard. Informasi penting yang diperoleh dari manuver tersebut umumnya dengan menggunakan GPS yang terdiri atas (Gambar 1):

Gambar 1. Turning cycle maneuver (Sumber: IMO Resolusi MSC 137 (76) 2002)

Beberapa parameter yang digunakan untuk mendefenisikan kinerja kapal pada saat berputar adalah: 

Drift angel (sudut drift), adalah sudut antara haluan kapal dan arah gerakan. Sudut tersebut bervariasi sepanjang kapal.



Advanced, merupakan jarak dari pelaksanaan awal ke sumbu x pada kapal ketika telah berbelok 90◦.



The transfer, merupakan jarak dari jalur ke awal mula kapal ketika sumbu x pada kapal telah berbelok 90◦.



The tactical diameter, merupakan jarak dari jalur awal ke sumbu x pada kapal ketika kapal telah berbelok 180◦.

Skripsi_2011

10

HANDAYANI ( D 331 07 016 )




The diameter of the steady turning circle, diameter dari lingkaran yang terusmenerus berputar. Kondisi tetap biasanya dihubungkan pada beberapa titik antara perubhan 90o dan 180o dari perubahan pos. Nilai-nilai khas adalah tactical diameter dari 4,5-7 L untuk yang ramping, 2,4-4

untuk kapal pendek dan kapal yang penuh. Menentukan rasio yang ramping L/ 3√, dimana  adalah volume displacement. Turning cycle manuver harus dilakukan pada kedua bagian sisi kapal dengan 30o atau sudut maksimum kemudi yang diperbolehkan pada tes kecepatan. Informasi penting yang akan diperoleh dari manuver ini adalah tactical diameter, advanced, and transfer.

Zig-zag Manuver Test

Gambar 2. Zig-zag Maneuver (Sumber : IMO Resolusi MSC 137 (76) 2002)

Skripsi_2011

11

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


Beberapa pengukuran penting dari Zig-zag Maneuver ini antara lain: 

Overshoot angle adalah jumlah dari pertambahan heading setelah kemudi berbalik. Sudut yang besar akan membuat juru mudi mengalami kesulitan dalam memutuskan kapan akan menggunakan kemudi untuk memeriksa putaran. Sudut tersebut tidak bergantung pada panjang kapal.



Waktu untuk membalikkan kemudi pertama dan perubahan maksimal heading pertama. Waktu akan proporsional terhadap panjang.



Sudut overshoot yang tetap dan periode berputar sekali dalam kondisi stabil dapat tercapai. Sebuah tes zig-zag harus dimulai untuk kedua bagian starboard dan portside

dengan menerapkan sudut kemudi. Dua jenis tes zig-zag standart, yaitu 10o/10o dan 20o/20o. Tes zig-zag 10o/10o menggunakan sudut kemudi 10o pada kedua sisi dengan heading 10o. Sedangkan tes zigzag 20o/20o menggunakan sudut kemudi 20o pada heading 20o. Informasi penting yang akan diperolah dari tes ini adalah sudut overshoot, waktu perubahan awal ke execute kedua dan waktu untuk memeriksa yaw.

II. 2. Sistem Azimuth Podded Pod propulsion unit adalah sejenis azimuth tipe thruster yang secara langsung digerakkan oleh sebuah motor elektrik yang terpasang pada unit pod. Komponen utama dari sistem tersebut yaitu pod unit, steering unit, motor dan unit penggerak elektrik. Pod

Skripsi_2011

12


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

dihasilkan oleh European major electric manufacturer seperti ABB, Alstrom dan Semens. Di Jepang, prototipe dari unit yang asli telah dikembangkan pada proyek Super Eco Ship yang disponsori oleh Pemerintah Jepang.

[8]

Pod propulsion unit telah

digunakan pada sebagian besar kapal-kapal pesiar sehingga mampu membuat keistimewaan yang baik termasuk kemampuan steering yang baik, pengurangan getaran dan kebisingan, serta fleksibilitas layout mesin di dalam kapal.[13] Pod Propeller merupakan sebuah unit penggerak sistem propulsi elektrik yang digerakkan oleh motor elektrik pada pod yang menggunakan tenaga elektrik dari power generation plant. Pada sisi lain, baling-baling utama yaitu unit penggerak mekanikal,

Propulsion Control & Automation

Generators

Switchboard Propulsion Transformers

Variable Speed Propulsion Drives Azipod Propulsion

Gambar 3. Instalasi penggerak propulsi azimuth podded.

secara langsung digerakkan oleh dua set mesin diesel kecepatan medium dengan cara mengurangi gigi persneling dengan kopling dan poros antara. Selama percepatan, pod

Skripsi_2011

13


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

unit memiliki torsi yang cukup bahkan pada kecepatan rendah dengan keutamaan motor elektrik dan mudah dalam mempercepatnya ke kecepatan tinggi. Pada mode maneuvering, operator dapat memilih kombinasi yang baik pada variasi lebar atau luas baling-baling utama dan keseimbangan daya pod baling-baling.[13] Penggunaan propulsi motor listrik mulai dari 5 sampai dengan 25 MWatt, menggantikan penggunaan propeller dengan poros dan rudder konvensional. Teknologi pod memungkinkan untuk menempatkan propeller pada daerah aliran air yang optimal (hydro-dynamically optimised). Pod propeller diadopsi dari Azimuth Propeller, dengan menempatkan electro-motor di dalam pod diluar dari badan kapal. utama dalam podded propulsion yaitu fixed pod, azimuth pod

[9],

[6]

Ada tiga topik

dan Contra Rotating

Propeller. [10] Flange slip ring Flange cooling unit Cooling air in and output Streering unit Slewing bearing Streering hub

Seal support tanks Lubrications oil pumps Bilge pumps

Aft bearing position Electric motor Pod housing Forward bearing position

Gambar 4. Komponen-komponen propulsi Azimuth Podded

Skripsi_2011

14

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


Pod unit terhubung dengan lambung kapal melalui sebuah penopang dan slewing bearing assembly. Pemasangan ini membolehkan pod unit untuk berotasi dan demikian juga dengan daya dorong yang dikembangkan oleh propeller dapat diatur kemanapun juga pada horizon di sebuah kompas 360°. Susunan podded propeller menghilangkan syarat untuk kemudi dan tambahan seperti shaft brackets. Susunan ini berakibat pada drag tambahan yang lebih rendah. Poros yang lebih pendek dapat membantu mengurangi kebisingan dan getaran. Sistem podded propulsion juga menghasilkan maneuverability yang lebih baik daripada propeller konvensional, khususnya dalam water operation. Gambar (5) menunjukkan perbandingan antara susunan sistem propulsi propeller-rudder konvensional dan sistem podded propulsion. [4]

Gambar 5: Sistem propulsi konvensional (kiri) dan sistem podded propulsion (kanan).

Motor listrik sebagai propulsor kapal merupakan penemuan mutakhir dan mulai populer akhir-akhir ini di bidang perkapalan khususnya pada motor penggerak kapal, dengan menjanjikan keuntungan dan efisiensi sistem yang lebih baik, motor listrik secara perlahan mulai menggantikan sistem propulsor lain. Salah satu konfigurasi propulsor dengan motor listrik berupa “Azimuthing Podded Drive” atau disingkat Azipod

Skripsi_2011

15


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

dimana motor listrik berada di dalam pod (tempat berbentuk silinder) yang terletak di luar lambung kapal dan strut yang menghubungkan pod dengan lambung kapal. Selain memiliki rasio berat daya yang rendah, Azipod memberikan keuntungan terhadap olah gerak kapal yaitu mampu berotasi 3600 pada sumbu vertikal serta torsi-kecepatan putar yang sangat fleksibel dan mudah dikontrol.[5] Dalam menentukan koreksi drag pada pod digunakan persamaan berikut:

ΔRPOD = ΔRBODY +Δ RSTRUT + ΔRINT + ΔRLIFT ………………(1) dimana, RBODY, RSTRUT, RINT dan RLIFT adalah komponen tahanan yang berkaitan dengan pod body, penopang pod, body-strut interface, dan efek daya angkat untuk mengaduk gerak aliran propeller secara berturut-turut. Untuk menghitung masing-masing komponen tahanan, digunakan rumus: a. RBODY

……………….…………...(2) ……………………………………..(3) dimana, S = luas bidang basah pod body (m2) L = panjang pod (m) D = diameter pod (m) Cf = koefisien tahanan gesek ρ = massa jenis air laut (kg/m3)

Skripsi_2011

16


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

V = kecepatan kapal (m/s2) b. RSTRUT

…………………………..(4) ………………………………………..(5) dimana, δs adalah ratio ketebakan rata-rata dari strut dan S adalah luang bidang basah strut. c. RINT

………………………………………...(6) ………………………(7)

dimana, troot adalah ketebalan maksimum pada strut root and Croot adalah panjang penghubung pada setiap bagian. CROUND adalah faktor koreksi untuk berbagai

fairing

dan

nilainya berkisar dari 0,6 sampai 1,0.

Gambar 6. Pod-strut geometry

Skripsi_2011

17

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


Untuk mengetahui koefisien performance dari podded propulsor unit, dapat dilihat pada tabel.2 di bawah ini :

Performance Characteristics

Data Reduction Equation

J – propeller advance coefficient

VA /nD

KT – propeller thrust coefficient

T / ρn2D4

10KQ – propeller torque coefficient

10Q/ρn2D5

KFX – unit thrust coefficient, or Longitudinal force coefficient,

F X / ρn2D4

KFY – transverse force coefficient

F Y / ρn2D4

KFZ– vertical force coefficient

F Z / ρn2D4

KMX– moment coefficient around x axis

M X / ρn2D5

KMY– moment coefficient around y axis

M Y / ρn2D5

KMZ– moment coefficient around z axis (steering moment)

M Z / ρn2D5

ρ – water density VA - propeller advance speed, in the direction of carriage motion D – propeller diameter n – propeller rotational speed T – propeller thrust F X, Y, Z - components of the hydrodynamic force on the pod Q – propeller torque M X, Y, Z - components of the hydrodynamic moment on the pod

Skripsi_2011

18


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Tabel 3. Karakteristik umum maneuvering feasibility dari studi kasus double ended passenger ferry rute Karakoy-Kadikoy [3] (A: Baik, B: Rata-rata, C: Buruk) Propulsion / Manoeuvering System

Karakoy arrival & departure Station Keeping in Bosphorus Crash Stopping Acceleration Break down of Forward Unit Directional Stability Turning Radius

Propeller Konvensional dan Kemudi (2x2) B C B A A A C

Propeller & High Lift Rudder (2x1)

Propeller Cycloidal (2x1)

Z-Drive (2x2)

A B B A B A B

A A A B B C A

A B A B A C B

II. 3. Persamaan Matematika Dalam menganalisis maneuver kapal melalui simulasi komputer, pemodelan matematika adalah penting untuk dikembangkan. Pada penelitian ini model matematika dikembangkan berdasarkan persamaan gerak kapal (3 derajat kebebasan), yaitu gerak surge, sway, dan yaw. Menurut Ogawa dan Kansai (1987), persamaan matematika untuk analisis maneuver melalui simulasi komputer dikembangkan berdasarkan konsep MMG (Mathematical Modelling Group), persamaan matematika tersebut meliputi pengujian persamaan terpisah komponen lambung, propeller, dan kemudi serta komponen interaksi antara ketiganya (lambung-propeller-kemudi).

Skripsi_2011

19


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Persamaan matematika gerak manuver kapal tersebut dapat diekspresikan sesuai sistem koordinat pada Gambar 7 di bawah ini:

Gambar 7. Sistem koordinat kapal (Sumber: Practical Ship Hydrodynamics)

X = m( u  vr ) Y=m( v  ur ) N = Izz + xGY



(8)

dimana : X

= gaya pada gerak surge

Y

= gaya pada gerak sway

N

= gaya pada gerak yaw

m

= berat kapal

Izz

= momen inersia kapal

xG

= jarak dari kemudi terhadap centre of gravity (CG) pada sumbu x

Skripsi_2011

20


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Notasi dari u, v dan r adalah komponen kecepatan terhadap titik berat kapal (G), U adalah komponen resultan kecepatan kapal. selanjutnya X,Y dan N sebagai gaya dan momen hidrodinamika kapal. Gaya dan momen hidrodinamika tersebut dapat didefinisikan secara terpisah ke dalam berbagai fisik elemen gaya dan momen kapal sesuai dengan konsep yang dikembangkan MMG antara lain:



X= XH + XR+ XP Y = YH + YR + YP N= NH + NR+ NP Dimana, H, P dan R

(9)

adalah sebagai elemen lambung (hull), baling-baling

(propeller), dan daun kemudi (rudder).

II. 3. 1. Gaya dan momen yang ditimbulkan lambung Persamaan gaya dan momen yang ditimbulkan lambung ( X H , Y H dan N H ) pada prinsipnya adalah sebuah pendekatan dari regresi polynomial β dan r’. Selanjutnya koefisien dari persamaan tersebut dapat diistilahkan sebagai koefisien turunan hidrodinamika, persamaan tersebut dapat dinyatakan dengan (Persamaan 10 ) di bawah ini. X

1

H

YH =

'

'

' = ρLd U 2 ( X 0 + X   2 + ( X

2

1

4 '  ) - m 'y )β r ' + X rr' r ' 2 + X 

' 3 2 ' ' '  + Y  r  r ' + Y  rr  r ' 2 + Y rrr r '3 ) ρLd U 2 ( Y  β+( Y r' - m x' ) r ' + Y 

'

2

NH =

'

r

1 2

' 3 2 ' ' '  + N  r  r ' + N  rr  r ' 2 + N rrr r '3 ) ρ L 2 d U 2 ( N ' β+ N r' r ' + N 

Skripsi_2011



(10)

21

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


dimana : m x , m y : penambahan berat kapal (added mass)

β r

: sudut belok kapal (drift angle) '

: perubahan sudut putar kapal per detik (turning rate) tanpa dimensi

Selanjutnya komponen β dan r ' dapat diekspresikan dalam persamaan: β = tan-1(v/u) dan r ' = r(L/U)

II. 3. 2. Gaya dan momen yang ditimbulkan propeller dan kemudi/pod 

Propeller dan kemudi konvensional Menurut Adji, S.W (Engine Propeller Matching, 2005) untuk tahanan konstan,

persamaan gaya dan momen yang ditimbulkan propeller dan daun kemudi kapal dapat diekspresikan berdasarkan persamaan, sebagai berikut: X

P

= KT ρ n2 Dp4

YP = 0



(11)

NP =0

dimana: 2

K T = β Jp JP =

Skripsi_2011

22

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


dimana: β = α/(1-t)(1-w)2 ρD2 Va = kecepatan air masuk (speed of advance) tp

= koefisien pengurangan gaya dorong

n

= putaran propeller

D P = diameter propeller K T = koefisien gaya dorong propeller w P = koefisien fraksi arus ikut propeller efektif J P = koefisien angka maju

Selanjutnya gaya dan momen pada daun kemudi ( X R , Y R dan N R ) dapat dirumuskan sebagai berikut: X

R

= -(1- t R ) F N sin δ

Y R = -(1+ a H ) F N cos δ N R = -( x R + a H x H ) F N cos δ



(12)

dimana: δ = sudut kemiringan daun kemudi x R = kedudukan posisi daun kemudi (=-L/2) t p ,tR ,aH

dan x H = sejumlah koefisien gaya interaksi lambung, propeller dan daun

kemudi.

Skripsi_2011

23


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Gaya yang dihasilkan daun kemudi dapat dirumuskan sebagai berikut: FN =

1 2

ρ A R f a U R2 sin  R

(13)

dimana: AR

= luasan daun kemudi

fa

= koefisien gaya angkat daun kemudi, koefisien tersebut didefinisikan

sebagai fungsi dari perbandingan chord dan span daun kemudi (  ) =6,13  /(2,25+  )

fa

(14)

U R dan  R = kecepatan masuk aliran fluida pada daun kemudi dan sudut kemiringan

daun kemudi. Hubungan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut: UR =

uR  vR 2

2

  vR   

-1  R = δ – tan  u   R 

(15)

dimana: u R = ε(1-w)u

  1  8 K

u 1 k

T

/ J

2

  1  1    2

(16)

v R =  R v  rl R 

ε,k,  R dan l R adalah sejumlah parameter kecepatan fluida yang melewati daun kemudi. 1-w dan η adalah fraksi arus ikut propeller efektif dan efisiensi efektif propeller D P / H adalah harga perbandingan diameter propeller dan tinggi daun kemudi.

Skripsi_2011

24


HANDAYANI ( D 331 07 016 )



Azimuth Podded (Azipod) Persamaan matematika gerak manuver kapal dengan propulsi azimuth podded

dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut : X= XH + XP

XR = 0

Y = YH + YP

YR = 0

N= NH + NP

NR = 0



(17)

dimana, H dan P adalah elemen lambung kapal (hull) dan baling-baling (propeller), sedangkan fungsi daun kemudi (rudder) digantikan oleh fungsi pod pada baling-baling.

Gambar 8. (a) Sistem propulsi 2x2, (b) Sistem propulsi 1x2

Skripsi_2011

25


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Susunan thruster 2x2 (gambar 8.a) [3] T1p Cos α1p + T2p Cos α2p + T1s Cos α1s + T2s Cos α2s = X  Xp T1p Sin α1p + T2p Sin α2p + T1s Sin α1s + T2s Sin α2s = Y  Yp

(18)

(T1p Sin α1p L) – (T2p Sin α2p L) – (T1s Sin α1s L) – (T2s Sin α2s L) – (T1p Cos α1p b) – (T2p Cos α2p b) + (T1s Cos α1s b) + (T2s Cos α2s b) = N  Np Dari persamaan (18) diatas, dapat ditentukan susunan thruster 1x2 (gambar 8.b) sebagai berikut: T2p Cos α2p + T2s Cos α2s = X  Xp T2p Sin α2p + T2s Sin α2s = Y  Yp

(19)

– (T2p Sin α2p L) – (T2s Sin α2s L) – (T2p Cos α2p b) + (T2s Cos α2s b) = N  Np Pada solusi gaya thruster, gaya longitudinal dari thruster bagian depan diasumsikan mengambil 40% dari gaya X. Selanjutnya gaya dan momen pada podpropeller dapat dirumuskan: Xpod = -(1 – tp) Yp Sin δ Ypod = -Yp Cos δ Ypod = -(xp + xH) Yp Cos δ dimana,

: δ = sudut kemiringan propeller xp = kedudukan posisi propeller (-L/2) tP dan xH = sejumlah koefisien gaya interaksi lambung dan propeller.

Skripsi_2011

26

HANDAYANI ( D 331 07 016 )


II. 3. 3. Koefisien Hidrodinamika Menurut Yoshimura dan Ning Ma (2003), Adapun prediksi sejumlah koefisien turunan hidrodinamika gerak manuver kapal dilakukan berdasarkan metode semiempirikal, sebagai berikut: Xo = koefisien tahanan kapal, = -0.35 + 0.8( d em / B )

X ' 

X 'r  m ' y

= {-0.46 + 2.5( d em / B )} m '

X ' rr = 0.03 – 0.09  ' X ' 

= 2.7 – 6.0( d em / B )



(20)

dan, d em = draught + false keel deepth '

'

Y  = Y  0 (1 + 0.6  ' 2 ) Y ' 0

= 0.5πk + 1.4Cb/(L/B)

Y ' r  m ' x = (Y ' r  m ' x ) 0 (0.4 + 1.8  ' 2 ) (Y ' r  m ' x ) 0 = 0.5 Cb/(L/B) Y ' 

= 1.2

Y '  r

= -0.5 + 1.4  '

Y '  rr

= 0.34 + 0.26  '



(21)

Y ' rrr = -0.04 + 0.055  '

dimana,  ' = trim/ d em

Skripsi_2011

27

HANDAYANI ( D 331 07 016 )

N '

= N '  0 (1 – 0.9  ' )

N ' 0

=k

N 'r = N 'r 0

N ' r 0 = -0.54k + k 2 N ' 

= 0.3

N '  r

= -0.33 – 0.3  '

N '  rr

= 0.01 + 0.02  '




(22)

N ' rrr = -0.02  '

k = 2 d em / L , k (lateral aspect ratio of ship)

Skripsi_2011

28


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

BAB III METODOLOGI

III. 1. Lokasi dan Waktu Penelitian. Adapun tempat dan waktu penelitian dilakukan sebagai berikut : 1. Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan pada kapal KMP. SULTAN MURHUM yang beberapa waktu yang lalu direparasi di PT. IKI Makassar. 2. Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan ± 1 bulan.

III. 2. Jenis Data dan Teknik Pengambilan Data 1. Jenis Data dan Sumber Data Jenis data yang diperoleh dapat dibagi dalam dua kategori, yaitu : a. Data primer / langsung, yaitu data yang diperoleh melalui hasil wawancara / interview dengan orang-orang yang berperan dalam pengolahan objek penelitian.

Skripsi_2011

29


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

b. Data sekunder / tidak langsung, yaitu data yang diperoleh melalui bahanbahan tertulis dari sumber data, atau informasi lainnya yang erat kaitannya dengan penelitian. 2. Teknik Pengolahan Data Teknik pengambilan data yang dilakukan,yaitu : a. Studi Literatur Mengutip beberapa tulisan, artikel, atau beberapa literatur lainnya yang dikeluarkan oleh instansi atau individu yang terkait dengan penelitian ini. b. Simulasi Penelitian dilakukan dengan melakukan simulasi perhitungan dan gerak kapal menggunakan Matlab untuk mengetahui analisa kemampuan maneuver kapal yang diteliti. Langkah-langkah pengoperasian program simulasi matlab sebagai berikut : - Buka program simulasi matlab - Masukkan data kecepatan kapal, δ, β, X, dan Y. - Ubah δ dari degrees ke radians - Pada blok propeller input data Lwl, Cp, a, B1, Vs, Dp, n, serta tambahkan

persamaan

(19)

pada

simulasi

program

sehingga

menghasilkan nilai Xp, Yp, dan Np. - Pada blok pod, input data δ dan Yp (sebagai pengganti nilai Fn pada propulsi konvensional) sehingga menghasilkan nilai XR/pod.

Skripsi_2011

30


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

- Pada blok surge+sway+yaw, input masing-masing data pada subsystem. - Untuk yaw subsystem, input data draft, Lwl, dan nilai trim sehingga menghasilkan N’r , N’β , N’ββr , N’βrr, Y’rrr , N’ βββ. - Untuk sway subsystem, input data draft, Lwl, Cb, B, dan nilai trim sehingga menghasilkan nilai Y’βββ , Y’β , Y’r – m’x , Y’ββr , Y’βrr , Y’rrr . - Untuk surge subsystem, input data B, draft, nilai trim, massa kapal, dan Lwl sehingga menghasilkan nilai X’ βr – m’y , X’ββ , X’rr , X’βββ .

Skripsi_2011

31


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

III. 3. Kerangka Pemikiran

Mulai a.Kemampuan Olah Gerak b.Azimuth Podded

Analisa Permasalahan

a.Mempelajari Propulsi Azimuth Podded b.Mempelajari perhitungan tahanan/propulsi

Studi Literatur

a.Data Dimensi Kapal b.Data Spesifikasi Propulsi

Pengumpulan Data

Pengolahan Data

Perhitungan Tahanan

Analisa

Koreksi tidak Memenuhi ya Kesimpulan & Saran

Selesai Gambar 9. Kerangka pemikiran penelitian

Skripsi_2011

32


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV. 1. Parameter Utama Kapal dan Koefisien Turunan Hidrodinamika Dari hasil perhitungan tahanan kapal menggunakan propulsi Azimuth Podded, yang memiliki perhitungan tambahan strut-pod geometry, maka diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut:

Tabel 4. Parameter Utama Kapal Kondisi 1 Even Keel

Kondisi 2 Trim

Panjang keseluruhan (LOA), m

36.40

36.40

Panjang kapal pada garis air (LWL), m

31,97

31,97

Lebar kapal pada geladak (B deck), m

8.7

8.7

Lebar kapal pada garis air (B LWL), m

8.7

8.7

Sarat kapal (T), m

1,65

1,65

Displasemen (Δ), ton

283,0

283,0

Kecepatan (Vs), knot

10,5

10,5

Tahanan total (RT), KN

36,66

34,708

Power (P), HP

551,31

472,24

1.10

1.10

Parameter

Diameter Propeller (Dp), m

Pada tabel.4, disajikan prediksi sejumlah koefisien turunan hidrodinamika gerak maneuver pada kondisi even keel dan trim yang diperoleh dari perhitungan parameter utama kapal, koefisien badan kapal, serta formula-formula menurut Yoshimura dan Ning Ma (2003).

Skripsi_2011

33


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Tabel 5. Prediksi Turunan Hidrodinamika Kapal Koefisien badan kapal Kondisi 1

Kondisi 2

Even Keel

Trim

Xo

0,0072

0,0072

X'ββ

-0.1477

-0.1196

0,001763491

0,00273016

X'rr

0,0300

0,0136

X'βββ

1,18276

0,97225

Y'β

0,4447

0,4287

Y'r-m'x

0,03266

0,03322

Y'βββ

1.2

1.2

Y'ββr

-0,500

-0,245

Y'βrr

0,34

0,3873

Y'rrr

-0,04

-0,03

N'β

0,1376

0,1161

N'r

-0,05537793

-0,055685742

N'βββ

0.3

0.3

N'ββr

-0,33

-0,3845

N'βrr

0,0100

0,0136

N'rrr

-0.004

-0.004

1-tr

0,8510

0,8566

αh

0,0533

0,0418

ε

1,0102

0,9747

K

0,4151

0,4456

l'R

0,9224

0,9542

γr

0,4712

0,4414

X'βr-m'y

interaksi

Skripsi_2011

34


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

IV. 2. Analisa Data dan Pembahasan IV.2.1. Performa Kapal pada Turning Circle Maneuver Test dengan Sudut Kemiringan Rudder / Pod = 200 ( T = 1,65) a. Pada Kondisi Even Keel

Gambar 10. Pengaruh sudut kemiringan 200 pada kondisi even keel terhadap kemampuan turning circle maneuver kapal.

Skripsi_2011

35


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

b. Pada Kondisi Trim

Gambar 11. Pengaruh sudut kemiringan 200 pada kondisi trim terhadap kemampuan turning circle maneuver kapal.

Hasil simulasi numerik gerak kapal saat turning circle test baik pada kondisi even keel maupun trim dengan sudut kemiringan kemudi (sistem konvensional) dan pod (azimuth podded) yang sama yaitu 200 menunjukkan bahwa penggunaan azimuth podded menghasilkan advanced dan tactical diameter yang lebih kecil dibandingkan propulsi konvensional. Berdasarkan gambar 10 dan 11, perbedaan advanced dan tactical diameter antara propulsi konvensional dan propulsi azimuth podded terlihat cukup signifikan. Penurunan

Skripsi_2011

36


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

nilai advanced dan tactical diameter sekitar 28 % setelah menggunakan propulsi azimuth podded.

Gambar 12. Perbandingan turning circle antara even keel dan trim condition menggunakan propulsi azimuth podded.

Pada Gambar 12, disajikan perbandingan antara even keel dan trim condition dengan menggunakan propulsi azimuth podded. Dari kedua kondisi tersebut menunjukkan bahwa pada even keel condition, penggunaan azimuth podded menghasilkan advanced dan tactical diameter yang lebih baik ( AD = 75,2 m ; DT = 74,7 m) dibandingkan dengan trim condition ( AD = 87,5 m ; DT = 87,3 m).

Skripsi_2011

37


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Tabel 6. Pengaruh jenis propulsi kapal terhadap performa turning circle test Turning circle

IMO Criteria

Conventional

Azimuth Podded

Even keel condition -

Advanced (AD)

4,5 Lbp

104,5

75,2

-

Tactical diameter (DT)

5,0 Lbp

105

74,7

Trim condition -

Advanced (AD)

4,5 Lbp

125

87,5

-

Tactical diameter (DT)

5,0 Lbp

125,5

87,3

Skripsi_2011

38


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

IV.2.2. Performa Kapal pada Zig-Zag Maneuver Test dengan Sudut Kemiringan Rudder / Pod = 200 ( T = 1,65) a. Pada Kondisi Even Keel

Gambar 13. Pengaruh sudut kemiringan 200 pada kondisi even keel terhadap kemampuan zigzag maneuver kapal.

Skripsi_2011

39


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

b. Pada Kondisi Trim

Gambar 14. Pengaruh sudut kemiringan 200 pada kondisi trim terhadap kemampuan zig-zag maneuver kapal.

Pada zig-zag maneuver test, hasil simulasi numerik gerak kapal pada kondisi even keel maupun trim dengan sudut kemiringan kemudi (sistem konvensional) dan pod (azimuth podded) yang sama yaitu 200 menunjukkan hasil yang berbeda. Hal ini berbanding terbalik pada turning circle test. Berdasarkan gambar 13, pada 1st overshoot propulsi konvensional menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan propulsi azimuth podded. Pada 2nd overshoot, kedua jenis propulsi menunjukkan hasil yang seimbang, tetapi pada 3rd overshoot dan seterusnya, propulsi azimuth podded menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan

Skripsi_2011

40


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

propulsi konvensional. Sebaliknya, pada gambar 14, dari 1st overshoot dan seterusnya menunjukkan bahwa penggunaan propulsi konvensional lebih baik dibandingkan propulsi azimuth podded.

Gambar 15. Perbandingan zig-zag maneuver antara even keel dan trim operation menggunakan propulsi azimuth podded.

Pada Gambar 15, disajikan perbandingan antara even keel dan trim condition dengan menggunakan propulsi azimuth podded. Dari kedua kondisi tersebut menunjukkan bahwa pada even keel condition, penggunaan azimuth podded menghasilkan overshoot yang lebih besar ( 1st overshoot = 110 ; 2nd overshoot = 10077’) dibandingkan dengan trim condition (1st overshoot = 8015’ ; 2nd overshoot = 7075’).

Skripsi_2011

41


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

Tabel 7. Pengaruh jenis propulsi kapal terhadap performa zig-zag maneuver test Zig-zag Maneuver

IMO Criteria

Conventional

Azimuth Podded

Even keel condition -

1st overshoot

< 250

6,1

11

-

2nd overshoot

< 400

10,36

10,77

< 250

3,1

8,15

4,65

7,75

Trim condition -

1st overshoot nd

2 overshoot

Skripsi_2011

< 40

0

42


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

BAB V PENUTUP

V. 1. Kesimpulan Berdasarkan analisis hasil dan pembahasan yang telah diuraikan pada bab sebelumnya, maka penulis dapat menarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Kemampuan

maneuver

kapal,

khususnya

turning

circle

test

dengan

menggunakan propulsi azimuth podded lebih baik dibandingkan kapal dengan propulsi konvensional, baik pada kondisi even keel maupun trim. Sebaliknya pada zig-zag maneuver test, penggunaan azimuth podded menunjukkan kemampuan yang lebih baik hanya pada kondisi even keel. 2. Perbedaan mendasar antara jenis propulsi azimuth podded dengan propulsi konvensional yaitu pada propulsi azimuth podded, kemiringan pod dapat diatur hingga mencapai 3600 (ke segala arah).

V. 2. Saran 1. Masih perlu dilakukan pengujian melalui free running test agar diperoleh hasil yang aktual. 2. Perlunya dikaji lebih lanjut terkait propulsi Azimuth Podded, khususnya pada gerakan zig-zag maneuver.

Skripsi_2011

43


HANDAYANI ( D 331 07 016 )

DAFTAR PUSTAKA

[1] Buletin IMarE Edisi ke-38, Juli 2008, hal.4-5 (Sumber: MER, Edisi April 2008 – HR) [2] Hasbullah, Mansyur. (2011).Hybrid Contra Rotary Propeller (CRP) Azimuth POD sebagai Alat Propulsi Kapal yang Efektif dan Menguntungkan di Masa Datang’’. [3] Insel, M & Helvacioglu, I.H . Manoeuvrability Analisys of Double Ended Ferries in Preliminary Design. [4] Islam, Mohammed F. Veitch, Brian. and Liu, Pengfei. (2007). Journal of Naval Architecture and Marine Engineering : EXPERIMENTAL RESEARCH ON MARINE PODDED PROPULSORS, hal.58 [5] ITS-Undergraduate-9250-4207100504-Chapter1.Pdf [6] Julianto Sasono, Eko. TEKNIK – Vol. 30 No. 2 Tahun 2009, ISSN 0852-1697 , PemakaianBaling-Baling Bebas Putar (Free Rotating Propeller) pada Kapal [7] M.Moreno, Victor ; Pigazo, Alberto. (2007). Journal of Maritime Research: Future trends in electric propulsion systems for commercial vessels, p.84 [8] National Maritime Research Institute, Science of Ships and the Sea vol.4, 2004, p.42-45 [9] Nicod, J.P. and Simon, P. (1998) A step ahead in electric propulsion with Mermaid. Proceedings of the All Electric Ship Conference AES’98), pp.43-47 [10] Pakaste, R., Laukia, R., Wihemson, M. and Kuus koski, J. (1998) Experiences of Azipod Propulsion systems on board merchant vessels. Proceedings of the All Electric Ship Conference(AES’98) , pp.223-227 [11] Pakolo, Rommel. (2011). Pengaruh Luas Daun Kemudi terhadap Maneuvering KMP.Sultan Murhum. [12] Ship Hydrodynamics, Lecture Notes of Propulsion Part. [13] Ueda, Naoki ; Numaguchi, Hajime. (2005 AP4): The First Hybrid CRP-POD Driven Fast ROPAX Ferry in the World.

Skripsi_2011

44

BAB I PENDAHULUAN I. 1. LATAR BELAKANG Archimedes

Recommend Documents