Hidrodinamika Kapal [PDF]

Citation preview

TUGAS



HIDRODINAMIKA KAPAL



NAMA



: IRWAN



1. Jelaskan hubungan hidrodinamika, hidromekanika, hidronika, hidrostatika, dan propulsi beserta rumusnya ? Jawab : Hidrodinamika adalah ilmu yang mempelajari fluida yang mengalir. Fluida adalah zat yang dapat mengalir, yang terdiri dari zat cair dan gas. Ada fluida yang tidak mengalir dan ada fluida yang mengalir. Ilmu yang mempelajari fluida yang mengalir disebut hidrostatika dan ilmu yang mempelajari ilmu yang mempelajari fluida yang mengalir disebut hidrodinamika. Mekanika fluida atau hidromekanika merupakan cabang ilmu Teknik mesin yang mempelajari keseimbangan dan Gerakan gas maupun zat cair serta Tarik dengan benda-benda disekitarnya atau yang dilalui saat mengalir. Hidrolika merupakan penerapan ilmu tersebut yang menyangkut kasus-kasus Teknik dengan batas tertentu, dan semua cara penyelesaiannya. Jadi, hidrolika membahas hukum keseimbangan dan Gerakan fluida serta aplikasinya untuk hal-hal yang praktis. Statika fluida atau hidrostatika adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada subjek tersebut. Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan kestimbangan yang stabil. Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut hidrolika dan ilmu mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut sebagai dinamika fluida. Prinsip hidrostatik atau hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan dimana saja dalam cairan tertutup akan sama ditransmisikan ke seluruh cairan. Tekanan pada kedalaman tertentu tidak tergantung pada jumlah cairan atau bentuk wadah.



Page 1



TUGAS



Penurunan tekanan antara dua titik dalam cairan diberikan oleh berat cairan antara dua titik. Secara matematis, perbedaan tekanan antara dua titik (∆P) sama dengan perkalian dari kepadatan cairan (ρ), percepatan gravitasi (g), dan perbedaan ketinggian antara dua titik (∆h), atau ∆P = ρ x g x ∆h. Hukum Pascal juga merupakan prinsip yang mendasari dibalik tekanan hidrolik, dimana cairan yang digunakan untuk mendapat keuntungan mekanis. Tahanan dan propulsi Pada tahun 1900 seorang ahli matematika dan fisika Inggris Lord Kelvin menemukan bahwa sebuah titik tekanan (pressure point) yang bergerak disuatu fluida akan membentuk : •



System gelombang memencar (diverging wave)



•



System gelombang melintang (transverse wave)



Untuk kedalaman laut yang sangat dalam hingga tidak terhingga gelombang akan membentuk suatu lintasan berbentuk lingkaran seperti gambar berikut :



Page 2



TUGAS



Sedangkan pada perairan dangkal gelombang akan membentuk suatu lintasan berbentuk elips seperti gambar berikut :



Aliran laminar adalah aliran air yang stream line atau halus sedangkan aliran turbulen adalah aliran air yang tidak halus atau bergejolak.



Adapun factor yang mempengaruhi aliran adalah jenis fluida, kecepatan kapal, bentuk dan ukuran kapal, permukaan basah kapal, kedalaman air dan viskositas. Komponen Tahanan Pada dasarnya tahanan kapal dibagi menjadi dua yaitu tahanan yang berada di atas permukaan air dan tahanan yang berasal dari bawah permukaan air. Tahanan yang di atas permukaan air adalah yang bekerja pada bagian badan kapal yang kelihatan di atas permuakaan air, disini pengaruh adanya udara yang mengakibatkan timbulnya hambatan. Komponen tahanan yang bekerja pada kapal dalam gerakan mengapung di air adalah : a. Tahanan gesek (Friction resistance) Tahanan Gesek (friction resistance) timbul akibat kapal bergerak melalui fluida yang memiliki viskositas seperti air laut, fluida yang berhubungan langsung



Page 3



TUGAS



dengan permukaan badan kapal yang tercelup sewaktu bergerak akan menimbulkan gesekan sepanjang permukaan tersebut, inilah yang disebut sebagai tahanan gesek. Tahanan gesek terjadi akibat adanya gesekan permukaan badan kapal dengan media yang di lalulinya. Semua fluida mempuyai viskositas, dan viskositas inilah yang menimbulkan gesekan tersebut. Penting tidaknya gesekan ini dalam suatu situasi fisik tergantung pada jenis fluida dan konfigurasi fisik atau pola alirannya (flow pattern). Viskositas adalah ukuran tahanan fluida terhadap gesekan bila fluida tersebut bergerak. Jadi tahanan Viskos (RV) adalah komponen tahanan yang terkait dengan energi yang dikeluarkan akibat pengaruh viskos. Tahanan gesek ini dipengaruhi oleh beberapa hal, sebagai berikut : •



Angka Renold (Renold’s number, Rn)



•



Koefisien gesek (friction coefficient, Cf )



•



Rasio kecepatan dan panjang kapal (speed length ratio, Slr)



b. Tahanan sisa (Residual Resistante) Tahanan sisa didefenisikan sebagai kuantitas yang merupakan hasil pengurangan dari hambatan total badan kapal dengan hambatan gesek dari permukaan kapal. Hambatan sisa terdiri dari : 1) Tahanan gelombang (Wakemaking Resistance) Tahanan gelombang adalah hambatan yang diakibatkan oleh adanya gerakan kapal pada air sehingga dapat menimbulkan gelombang baik pada saat air tersebut dalam keadaan tenang maupun pada saat air tersebut sedang bergelombang. 2) Tahanan udara (Air Resistance) Tahanan udara diartikan debagai Tahanan yang di alami oleh bagian badan kapal utama yang berada diatas air dan bangunan atas (Superstrukture) karena gerakan kapal di udara. Tahanan ini tergantung pada kecepatan kapal dan luas serta bentuk bangunan atas tersebut. Jika angin bertiup maka tahanan tersebut juga akan tergantung pada kecepatan angin dan arah relatif angin terhadap kapal. 3) Tahanan bentuk Tahanan ini erat kaitannya dengan bentuk badan kapal, dimana bentuk lambung kapal yang tercelup di bawah air menimbulkan suatu tahanan karena adanya pengaruh dari bentuk kapal tersebut. 4) Tahanan Pola Gelombang, RWP (Wave Pattern Resistance )



Page 4



TUGAS



Tahanan pola gelombang adalah komponen tahanan yang disimpulkan dari hasil pengukuran elevesi gelombang yang jauh dari model kapal; dalam hal ini medan kecepatan bawah permukaan ( subsurface velocity field ), yang berarti momentum fluida, dianggap dapat dikaitkan dengan pola gelombang dengan memakai teori linier. Tahanan yang disimpulkan demikian itu tidak termasuk tahanan pemecahan gelombang ( wave breaking resistance ). 5) Tahanan Tekanan, RP ( Pressure Resistance ) Tahanan tekanan adalah komponen tahanan yang diperoleh dengan jalan mengintegralakan tegangan normal keseluruh permukaan kapal menurut arah gerakan kapal. 6)



Tahanan Tekanan Viskos, RPV ( Viskos Pressuru Resistance ) Tahanan tekanan viskos adalah komponen tahanan yang diperoleh dengan



jalan mengintegralkan komponen tegangan normal akibat viskositas dan turbulensi. Kuantitas ini tidak dapat diukur langsung, kecuali untuk benda yang terbenam seluruhnya, dalam hal ini sama dengan tahanan tekanan. 7) Tahanan tambahan (Added Resistance) Tahanan ini mencakup tahanan untuk korelasi model kapal. Hal ini akibat adanya pengaruh kekasaran permukaan kapal, mengingat bahwa permukaan kapal tidak akan pernah semulus permukaan model. Tahanan tambahan juga termasuk tahanan udara, anggota badan kapal dan kemudi. Komponen Tahanan tambahan terdiri dari : •



Tahanan anggota badan (Appendages Resistance);yYaitu tahanan dari bos poros, penyangga poros, lunas bilga, daun kemudi dan sebagainya.



•



Tahanan kekasaran;



yaitu terjadi akibat kekasaran dari korosi air, pengotoran



pada badan kapal, dan tumbuhan laut. •



Hambatan kemudi (Steering Resistance); yaitu akibat pemakaian kemudi mengakibatkan timbulnya hambatan kemudi. Lingkungan juga berpengaruh pada tahanan. Bila kapal bergerak di air yang



terbatas, dinding pembatas air tersebut akan cukup dekat untuk mempengaruhi tahanan kapal. Terbatas disini diartikan sebagai dekatnya jarak antara dinding pembatas air itu sendiri dalam arah horizontal. Kedangkalan air juga mempunyai pengaruh pada tahanan, yang disebut pengaruh air dangkal ( Shallow Water Effect). Bila membandingkan karakteristik untuk kerja kapal umunya karakteristik di daerah



Page 5



TUGAS



perairan yang mempunyai panjang, lebar dan kedalaman yang terbatas. Selain itu, jika berada dijalur perairan samudera bebas ( sea way ), tahanan kapal akan mengalami perubahan yang berupa : 1. Adanya Tahanan Tambahan (Added Resistance ) akibat angin yang bertiup pada bagian superstructure, RAA. 2. Tahanan menjadi lebih besar akibat gerakan kapal. 3. Adanya tahanan tambahan akibat refleksi gelombang pada badan kapal. 4. Tahanan menjadi lebih besar karena sudut hanyut ( drift angle ) yang ditimbulkan oleh baik angin dan gelombang maupun gerakan daun kemudi. Kenaikan tahanan rata-rata digelombang, RAW, diartikan sebagai kenaikan tahanan rata-rata diangin dan gelombang dibandingkan terhadap tahanan diair tenang pada kecepatan rata-rata yang sama. Metode – Metode Penentuan Tahanan Kapal Dalam menentukan tahanan suatu kapal, digunakan tiga metode, yaitu : 1. Metode Kapal Pembanding Dalam metode ini, untuk menetukan tahanan dari suatu kapal dilakukan dengan cara mengambil suatu contoh kapal dengan type dan ukuran yang sama sehingga dapat diketahui berapa besar tahanan kapal tersebut. 2. Metode Statistik Untuk menentukan berapa besar tahanan suatu kapal dengan mengunakan metode statistik ini dilakukan dengan cara mengambil contoh dari beberapa kapal pembanding dengan type kapal yang sama. Melalui data statistik maka akan diperoleh besar tahanan suatu kapal untuk ukuran yang berbeda. 3. Metode Satu Per Satu Dalam metode ini, untuk menentukan besar tahanan dari suatu kapal dapat diperoleh dengan jalan menghitung setiap konponen tahanan yang dad pada suatu kapal sehingga diperoleh keseluruhan jumlah tahanan kapal tersebut. Dalam metode satu persatu terbagi lagi menjadi beberapa metode, yaitu : a. Diagram Taylor dan Gertler b. Metode Guldhammer c. Diagram Lapp d. Metode Yamagata



Page 6



TUGAS



e. Metode Ayre Rammers f. Metode Holtrop Namun dalam tugas tahanan kapal ini untuk perhitungan tahanan kapal dengan ukuran yang telah diberikan akan menggunakan 3 metode, yaitu : 1. Metode Guldhammer 2. Metode Yamagata 3. Metode Holtrop



Perhitungan Tahanan Dengan Metode Holtrop-Mennen Pada beberapa metode perhitungan hambatan kapal terdapat peninjauan yang berdasarkan suatu kesepakatan, seperti pada pengestimasian nilai hambatan haluan gembung yang hanya mrninjau haluan genbung tersebut secara terpisah. Atas dasar itulah J.Holtrop dan G.G.J.Mennem membuat suatu metode yang mengandalkan



ketepatan



perhitungan



dengan



pengambilan



data



dan



pengolahannya secara statistik yang kemudian dikenal dengan “Metode Prediksi Daya Efektif Statistik” atau disingkat “Metode Tahanan Kapal Statistik”. Berdasarkan buku rsistance and propulsion of ship (halaman 117), tahanan total yang terjadi pada sebuah kapal dapat dihitung dengan memakai rumus ; RT = ½ ρ V² S CT (kg) Dimana ; RT



= tahanan total kapal (kg)



CT



= koefisien tahanan total



ρf



= massa jenis fluida (kg/m3)



V



= kecepatan kapal (m/s)



S



= luas bidang basah (m2)



Koefisien tahanan total sebuah kapal dapat diuraikan sebagai berikut ;



CT = CF + CR + CA Dimana : CT



= koefisien tahanan total



CF



= koefisien tahanan gesek



Page 7



TUGAS



CR



= koefisien tahanan sisa



CA



= koefisien tahanan tambahan



Adapun pokok dan langkah – langkah dalam perhitungan tahanan kapal dengan metode Holtrop adalah sebagi berikut : 1. Penentuan Tahanan Gesek (RF) •



Penentuan harga koefisien gesek (CF) Harga koefisien gesek ditentukan berdasarkan persamaan ITTC 1957 sebgai berikut (harvald, 1992) : CF



=



0,75 (LOG 10 Rn - 2) 2



Rn



=



Vs.Lwl







Dimana, CF



= koefisien tahanan gesek



Rn



= angka reynolds



Vs



= kecepatan kapal (m/s)



v



= viskositas kinematis fluida = 1,1883 x 10-6 (m2/s)



Koefisien tahanan gesek untuk air tawar dapat juga diperoleh dengan menggunakan tabel 5.5.4 pada buku Resistance and propeller of ship halaman 116. Sedangkan untuk air laut dapat diperoleh pada buku yang sama tabel 5.5.14 halaman 127. •



Perhitungan panjang bagian kapal yang mengalami tahanan langsung (length of run) ditentukan dengan persamaan : 1 − C P + (0,06 xC P x% LCB )  LR = LBP   4C P − 1  



Dimana : LR



= panjang bagian kapal yang menngalami tahanan langsung (m)



LBP



= panjang kapal (m)



CP



= koefisien prismatic horizontal



%LCB = presentase letak titik tekan



Page 8



TUGAS



•



Perhitungan harga faktor lambung (1 + K1) faktor lambung yang memperlihatkan hubungan tahanan viskositas bentuk lambung dengan tahanan gesek dapat dicari dengan persamaan (1 + K1) = 0,93 + {[0,487118 x (B/Lwl)]1,06806 x (T/Lwl)0,46106 x (Lwl/LR)0,121563 x Lwl3/∆)0,36486}/(1 – CP)0,604247



1. Perhitungan tahanan gesek (RF) ditentukan dengan persamaan : RF = ρ / 2 x Vs2 x S x CF x (1 + K1) Dimana : ρf



= massa jenis fluida = 104,51 kg/m3 (untuk air laut) = 101,96 kg/m3 (untuk air tawar) = luas permukaan basah (m2)



S



(1+K1) = harga faktor lambung



2. Penentuan Tahanan Bagian Tambahan (RAP) •



Perhitungan harga tahanan bagian tambahan (RAP) dapat ditentukan dengan rumus : RAP = ρf / 2 x Vs2 x As x CF x (1 + K2) Dimana : As



= luas bagian – bagian tambahan (m2)



(1+K2) = harga faktor bagian tambahan •



Perhitungan harga faktor bagian tambahan (1 + K2 ) dengan persamaan sebagai berikut : (1 + K2) = ∑ E2 / ∑E1



Page 9



TUGAS



Table 2.1. penentuan harga faktor bagian tambahan. Ada = 1 Bagian



Faktor



Produk



0



1,5



0



Kemudi & Skeg



0



2



0



Kemudi kembar



0



2,8



0



Y Bracket



0



3



0



Skeg



0



2



0



Shaft bossing



0



3



0



Shell bossing



0



2



0



Shaft telanjang



0



4



0



Sirip bilga



0



2,8



0



Dome



0



2,7



0



Lunas bilga



0



1,4



0



Tidak ada = 0 Konvensional Stern & kemudi



∑1 = 0



∑ 2= 0



3. Penentuan Tahanan Akibat Gelombang (RW) Perhitungan tahanan akibat gelombang (RW) dapat dihitung dengan persamaan : RW = C1 x C2 x P5 x ∆ x ρf x g x e{(M1/Fn 0,9)+(M2 Cos(P5)} Dimana : RW



= tahanan akibat gelombang (Kg,ton)



C1



=



α



= sudut kemiringan (entrance)



2223105 x( B / Lwl ) 3,78613 x(T / B)1,07961 (90 O −  )



Dimana :



Page 10



TUGAS



= 125,67 x B/Lwl – 162,25 x (Cp)2 + 234,3 x (Cp)3 + 0,155 x %Lcb C2



= 1 / [e(1,89 x 10



P5



= 1−



0,8 xATS BxTxCm



4. Perhitungan tahanan tekanan tambahan dari haluan gembung dekat permukaan air (RB) dapat dihitung dengan persamaan :  ABT 2 / 3   Fni 3  RB = 0,11 x ρ x g x  ( 3 / pb)   2   e   (1 + Fn ) 



5. perhitungan tahanan tambahan akibat adanya transom yang terbenam (RTR), dapat dihitung dengan persamaan : RTR = 0,5 x ρf x V2 x ATS x (1-0,2CK) CK =



Vs 2 xgxATS B + ( BxCwl )



6. Perhitungan tahanan akibat korelasi model kapal (RM) Penentuan harga tahanan akibat korelasi model (RM) dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan : RM = ρf / 2 x Vs2 x S x Ca Dimana : RM



= tahanan korelasi model



ρf



= massa jenis fluida (kg/m3)



Vs



= kecepatan kapal (m/dtk)



S



= luas bidang basah kapal (m2)



Ca



= koefisien korelasi model



7. Penentuan tahanan total (RT) Setelah kesemua tahanan diatas sudah diperoleh maka harga tahanan total dapat diperoleh dengan menjumlahkan keseluruhan tahanan yang sudah diperoleh dengan persamaan : Page 11



TUGAS



RT = RF + RAP + RW + RB + RTR + RM



Setelah itu daya efektif dapat kita tentukan dengan persamaan : EHP = (RT x Vs) / 75 Dimana : EHP = daya efektif kapal (kw)



a.



RT



= tahanan total (kg)



Vs



= kecepatan kapal (m/dtk)



Perhitungan Tahanan Model Kapal Adapun pokok dan langkah – langkah dalam perhitungan tahanan model



dan kapal hasil percobaan laboratorium adalah sebagai berikut : 1) Perhitungan tahanan model Tahanan total model merupakan jumlah antara tahanan sisa dan tahanan gesek Rt = Rf + Rr Tahanan total berbanding lurus dengan kecepatan dan luas Permukaan Bidang Basah. Rt = 1/2 . ρm . Vm2 . S . Ctm Dimana: ρm = massa jenis fluida (10,605.103 kg. dt2/m4) Vm = Kecepatan model



( m/s)



Sm = Luas bidang basah model ( m2) Rtm = Hambatan total model Ctm = koefisien hambatan total



Page 12



(kg)



TUGAS



2) Tahanan Gesek Koefisien tahanan gesek model dan kapal dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Cf =



0.075 (Log 10 Re – 2)2



Kesamaan Reynold untuk model dan kapal Rem =



Vm .Lm Vk



Rek = Vk .Lk vk Dimana:



Rem , Rek = angka Reynolds model dan kapal Vm , Vk Lm, Lk Vm, vk



= Kecepatan model



( m/s)



= Panjang model dan kapal



m



= viskositas kinematis fluida m2/dt)



Jadi koefisien tahanan gesek : Cfm =



0.075 (Log 10 Rem – 2)2



Cfk =



0.075 (Log 10 Rek – 2)2



3) Tahanan Sisa Koefisien tahanan sisa dapat diketahui dengan memperkurangkan antara koefisien tahanan total dengan koefisien tahanan gesek :



Page 13



TUGAS



Crm = Ctm - Cfm Koefisien tahanan sisa model dan kapal adalah sama untuk angka Froude yang sama. Crk = Crm 4) Tahanan Total Kapal Koefisien tahanan total model adalah jumlah antara koefisien tahanan gesek dan koefisien tahanan sisa serta koefisien kekasaran kulit sebesar 0.0004. Ctk = Cfk + Crk + Ckulit Jadi tahanan total kapal dapat diketahui dengan menggunakan rumus sebagai berikut : Rt = 1/2 . ρ . V2 . S . Ct Dimana:



Rt = Tahanan Total (kg) ρ = massa jenis fluida (104,51 kg.dt 2/m4 ) V = Kecepatan kapal



( m/s)



S = Luas bidan basah kapal( m/s) Ct = Coefficient tahanan 5) Daya Efektif (EHP) EHP = RTxVs)/75 Dimana:



EHP = daya efektif kapal



(kw)



Rt



= Tahanan Total (kg)



Vs



= Kecepatan kapal sampel ( m/s)



Page 14



TUGAS



Propulsi Teori perancangan Baling – baling a) Teori Sederhana Aksi Baling – baling ( Putaran mur pada baut ) Pada permulaan perkembangan teori yang mempelajari bekerjanya baling – baling ulir, baling- baling dijelaskan secara sederhana. Azasyang dipergunakan menerangkan hal tersebut adalah azas mur yang berputar pada suatu baut. Dalam satu kisaran baling-baling harus bergerak ke depan sejauh jarak yang sama dengan langkah ulirnya P (Pitch). Jadi, kalu roda baling-baling berputar n kali putaran permenit maka dalam satu menit roda baling – baling akan bergerak sejauh n kali P. Propeller tersebut dalam satu kisaran sebenarnya hanya hanya bergerak maju sejauh jarak kurang dari n kali P. Hal ini air disebabkan karena air dipercepat kebelakang. Perbedaan jarak tersebut disebut Slip. Slip diperhitungkan dalam hal propeller mediumnya adalah air bukannya benda padat seperti keadaan mur dan baut. Menurut teori ini bahwa efisiensi baling – baking adalah :  = T . VA = 1 – Sr T.n.P T



= gaya dorong ( N ; KN )







= putaran propeller . menit



P



= Pitch daun baling-baling ( m )



VA



= Kecepatan air yang melalui bidang piringan baling-baling ( m / detik ; knot )



Sr



=  . P – V A = harga slip ratio yang nyata N.P



Harga slip ratio nyata Sr menggambarkan usaha untuk mengerakan air agar air bergerak kebelakang. Harganya selalu positif agar kapal bergerak maju ( ada usaha agar air bergerak kebelakang ). Harga slip ratio khayal / semu Sa dipakai untuk mengetahui bekerjanya propeller apakah normal atau tidak. Sa = P . n – Vs



Vs = kecepatan kapal ( m / detik ; knot )



P.n Dari persamaan diatas bila tidak ada slip ( Sr = 0 ) nilai efisiensi  menjadi 1 atau 100 % . Hhal ini tidak mungkin sebab bila tidak ada slip berarti tidak ada Page 15



TUGAS



percepatan air ditimbulkan oleh baling-baling untuk menghasilkan dorongan. Disebabkan karena adanya kemungkinan nilai Sr dapat menjadi nol maka teori ini tidak cocok dipergunakan untuk menerangkan fenomena baling-baling kapal. Oleh karena itu dikembangkan teori lain.



b) Teori Momentum Teori ini



menganggap bahwa propeller sebagai alat untuk mempercepat



pindahnya air sampai ketempatnya didepan daun baling-baling ( dibelakang kapal ). Air akan mengalami percepatan aksial (a ) dan menimbulkan slip dengan kecepatan kearah belakang kapal akibat gerak berputarnya daun baling-baling



dengan



letaknya yang condong terhadap sumbu baling-baling. Reaksi yang timbul akibat percepatan air kebelakang menimbulkan gaya dorong . Air akan mengalami perlambatan yang teratur akibat gaya-gaya dariviskositas air setelah melalui propeller. Hal ini menyebabkan energi propeller terbuang sehinga ada kehilangan energi. Sumber lain yang menyebabkan kehilangan energi : 1).



Tahanan akibat gesekan daun baling-baling , dan



2).



Baling-baling memberi putaran pada arus slip untuk mempercepat air. Efisiensi propeller dinyatakan dengan sebagai perbandingan kerja yang



berguna untuk menggerakan kapal dengan kerja yang diberikan propeller.  =



1 1+a



Dengan adanya percepatan air a yang terdorong kebelakang kapal menyebabkan efisiensi  = 100 % maka a = 0 . Berarti air tidak dipercepat yang menyebabkan tidak ada gaya dorong yang diberikan oleh propeller kepada kapal. Kemunkina untuk memperbesar efisiensi adalah dengan memperkecil percepatan arus slip. Hal ini dilakukan dengan mamakai propeller dengan diameter besar dan diputar selambat mungkin. Dari segi teori momentum , baling-baling disamakan dengan jenis propulsi jet karena arus slip yang dipercepat kebelakang merupakan arus jet.



Page 16



TUGAS



c) Teori Elemen Daun Teori elemen daun memakai cara penjumlahan gaya-gaya dan momenmomen yang timbul pada setiap potongan melintang daun (aerofil) sepanjang radius baling-baling . Sebuah daun propeller yang dipotong membentuk aerofil ini bergerak diair dengan kecepatan V dengan suatu sudut pengaruh terhadap arah geraknya. Pada permukaan punggung aerofil tekananya rendah , sedang pada bagaian bawah aerofil tekananya tinggi . Akibatnya timbul efek isapan kearah pungung aerofil. Resultan dari gaya-gaya tekanan iniadalah Fn. Akibat gesekan , muncul pula gaya Ft. Resultan dari gaya Ft dan Fn adalah F. Arah Ft tegak lurus terhadap permukaan kerja aerofil sedang arah Ft tegak lurus arah Fn. Gaya F diurai menjadi lift tegak lurus ( gaya angkat ) dan drag ( gaya penahan ). Arah lift tegak lurus dengan arah gerak aerofil sedang sedang arah drag tegak lurus terhadap arah lift. Besarnya lift dan drag dinyatakan sebagai berikut ; Lift : dL = CL . ½ .  . V 2 . dA Drag : dD = CD . ½ .  . V 2 CL



= Koefisien lift ; CD = Koefisien Drag;







= Densitas fluida ; V =Kecepatan aliran fluida ;



A



= Luas daerah permukaan aerofil Kemudian lift dan drag diuraikan kearah tranlasi ( ke arah maju kapal dan



kearah tegak lurus terhadap arah maju kapal ) menimbulkan gaya dorong / thrust ( sesuai arah maju kapal ) dan gaya torsi / torque ( arahnya tegak lurus arah gerak maju kapal ). Besarnya thrust dan torque dinyatakan sebagai berikut. DT



= dL . cos B – dD . sin B



DQ



= (dL . sin B + dD . cos B ) r



Thrust : T = Z S R rH dQ . dR Torque : Q = Z S R rH dQ . dR T



= thrust / gaya dorong ; Q = Torsi / Torque



Z



= Jumlah daun baling-baling ; R = jari-jari propeller



r



= jari-jari propeller sampai pada penampang yang ditinjau



rH



= jari-jari hub



Page 17



TUGAS



Hal-hal yang harus dipelajari dan diperkirakan dengan sebaik-baiknya untuk memperhitungkan besar thrust dan torqoe dengan sempurna adalah sbb ; 1. Air yang melalui aerofil (sebagai bagian dari baling – baling ) telah mendapatkan percepatan seperti telah diterangkan pada teori mpmentum. 2. Gaya-gaya yang bekerja pada daun berubah karena letak karena letak daun berikutnya saling berdekatan.



Efisiensi Propeller Adanya kerugian – kerugian tenaga pada propelle menentukan efisiensi propeller. Ada empat macam efisiensi propeller. •



Efisiensi lambung / hull efisiensi Propeller bekerja menghasilkan gaya dorong pada badan kapal ( thrust T )



pada suatu kecepatan aliran air VA yang memasuki budang piringan atau diskus propeller. Akibatnya , kapal begerak pada kecepatan Vs. Hasil perkalian T . VA merupakan tenaga kuda yang diberikan baling-baling / propeller yang berwujud sebagai gaya dorong. Hasil itu disebut Thrust Horse Power ( THP ). Hasil perkalin tahanan total kapal RT dengan kecepatan kapal Vs merupakan tenaga kuda efektif kapal . Hasil perkalian tahanan total ini disebut efektif horse power ( EHP). Harga perbandingan EHP dengan THP disebut



hull efisiensi /



efisiensi lambung / efisiensi badan kapal. Hull effisiensi = e h = EHP = ( 1 – t ) THP t



(1–w)



= thrust deduction ; w = wake faction menurut Taylor Harga eh biasanya lebih dari satu sebab untuk kapal – kapal type biasa dan



berbaling baling tunggal harga w lebih dari t merupakan fungsi dari w. •



Effisiensi Baling-baling / Propeller Effisiensi Kerugian energi baling – baling disebabkan oleh dua factor utama, yaitu: a. Kerugian akibat sejumlah massa yang bergerak berputar kebelakang. Energi dihabiskan akibat geseka-gesekan dari partikel air itu sendiri . Kerugian ini dapat dikurangi dengan mempergunakan system putaran lambat pada massa air yang banyak. Jadi, dipergunakan baling-baling dengan diameter besar dengan jumlah putaran yang lambat. Meskipun



Page 18



TUGAS



demikian baling-baling dengan diameter sebesar bagaimanapun tidak akan mempunyai effisiensi lebih dari 70 %. b. Kerugian karena adanya daya tahan



pada daun propeller sewaktu



bergerak didalam air. Hal ini disebabkan oleh viskositas air dan gesekan



air



pada



daun



denganmempergunakan



tersebut



daun



.



propeller



Kerugian yang



ini



dikurangi



sempit.



Dengan



mempersempit luas tiap daun maka luas permukaan daun berkurang. Untuk mendapat luasan permukaan daun total yang sama seperti sebelum daun dipersempit maka jumlah daun ditambah tetapi effisiensi daun berkurang. Menurut hasil percobaan ditangki percobaan, Hanya sedikit perbedaan effisiensi pada propeller berdaun tiga dengan empat dan antara empat dengan lima. Effisiensi akan berkurang dengan bertambahnya jumlah daun propeller Z. Keuntungan daun propeller berdaun banyak untuk mengurangi getaran kapal yang ditimbulkan oleh propeller terutama pada besar dengan propeller tunggal. Propeller effisiensi didefinisikan sebagai berikut : Ep



=THP DHP



DHP ( Delivered horse power ) yaitu tenaga kuda yang ditranmisikan dari poros kepropeller. DHP diukur dengan percobaan open water test. Propeller diciba tanpa dipasang pada model kapal. Besarnya



DHP ini berbeda dengan DHP



sesungguhnya./



DHP



Perbandingan



antara



kedua



yang



berbeda



tersebut



menghasilkan relative rotative efficiency ( err). •



Propulsive Coefficient ( PC ) Propulsive coefficiency adalah harga perbandingan antara



EHP ( dari



bahan kapal tanpa adanya tonjolan – tonjolan dan kelonggaran – kelonggaran lain) dengan BHP untuk motor diesel dan SHP ( shaft horse power / daya yang disalurkanmesin keporos ) untuk kapal –kapal turbin. PC = EHP ; PC = EHP BHP



SHP



Page 19



TUGAS



•



Relative Rotative Effisisncy



Quasi Propulsive Coefficient



( QPC ) adalah nilai koeffisien yang dipergunakan



untuk menjaga agar nilai PC tidak berubah akibat berubahnya effisiensi mekanis mesin induk.Nilai QPC ini menggantikan nilai PC. Harga PC lebih besar dari nilai hasil perkalian eh dengan ep. Hal ini disebabkan timbunya factor yang disebut Relative Rotative Efficiency ( err ) sehinga nilai PC menjadi QPC , QPC = eh. Ep. Err. Hal tersebut berlaku dalam



percobaan self Propuled. Percobaan ini



adalah percobaan model kapal yang



dilengkapi dengan model balong-baling



dan dapat bergerak sendiri ditangki percobaan sesuai



kecepatan yang



ditentukan. Model kapal mempergunakan propeller tunggal. Harga propeller effisiensi pada open water test ep, harga wake dan harga thrust deducation diikutsertankan dalam perhitngan. Dalam perencanaan propeller sebaiknya nilai err yang dipakai tidak lebih dari 1,03 dengan mengabaikan apakah ada tonjolan – tonjolan ( tiang kemudi ; bagain depan kemudi yang dipasang dibelakang atau dimuka propeller. Kavitasi Secara singkat kavitasi adalha pembentukan gelembung –gelembung pada permukaan daun. Sering terjadi pada bagaian belakang permukaan daun / back side. Kavitasi baru diketahui tahun 1890 oleh charles parson ( inggris ) dari pengalamanya mengenai perahu-perahu kecepatan tinggi. Peristiwa itu ia buktikan pada kapal turbin. Apabila tekanan pada permukaan pungung daun dikurangi sampai suatu harga dibawah tekanan statis fluida maka akan menyebabkan tekanan daun menjadi negatif. Pada kenyataanya tekanan negatif tidak dapat terjadi. Hal ini menyebabkan suatu reaksi lain. Fluida meninggalkan permukaan daun kemudian membentuk gelembung-gelembung / kavitasi . Gelembung – gelembung ini berisi udara atau uap air. Gelembung-gelembung terjadi ditempat puncak lengkungan tekanan rendah. Gelembung – gelembung yang terjadi akan melintasi dan menyusur permukaan daun sampai kebelakang daun dan akan hancur pada daerah yang tekananya tinggi disbanding tekanan yang terjadi pada permukaan punggung daun. Gaya yang terjadi pada proses penghancuran gelembung-gelembung ini Page 20



TUGAS



kecil tetapi luas permukaan yang dipengaruhi oleh gaya ini lebih kecil disbanding gaya yang mempengaruhinya sehingga akan timbul tekanan yang besar berwujud letusan. Gaya letusan ini menyebabkan ratique / lelah pada daun. Teori lain menyatakan bahwa peletusan atau penghancuran gelembnggelembung tidak terjadi. Hal ini terjadi adalah gelembung tdi mengecil sampai sangat kecil dan bertekanan sangat tinggi. Tekanan yang sangat tinggi ini menyebabkan ratique pada permukaan daun. Peletusan gelembng kavitasi dapat dikurangi dengan menghindari adanya puncak tekanan rendah yang menyolok pada punggung permukaan daun. Tekanan rendah yang terjadidapat diperbaiki dan puncak yang menyolok dapat diratakan



dengan



mengurangi



beban



permukaan



daun.



Jadi,



dengan



memperluas permukaan daun dapat mengurangi kavitasi. Akibat yang Ditimbulkan Oleh Kavitasi 1) Timbul erosi dan getaran yang menyababkan daun retak. Erosi disebabkan oleh aksi mekanis terbentuknya dan terurainya gelembung-gelembung kavitasi. 2) Effisiensi turun. Hal ini disebabkan oleh sifat dari bentuk aerofil tidak dapat lagi menghasilkan gaya propulsi.



Pencegahan Kavitasi 1) Menambah luas daun baling baling dengan cara memperbesar tiap daunya Hal ini dilakukan untuk mengurangi beban yang dialami oleh daun setiap luas. 2) Mempergunakan type irisan daun yang dapat mengurangi terjadinya puncak tekanan rendah yang menyolok dipermukaan punggung daun. Juga diusahakan agar tekanan rendah yang terjadi dipermukaan daun dapat serat mungkin. Terowongan kavitasi dipergunakan untuk mempelajari kavitasi. Cara kerjanya sama dengan terowongan angin yang dipakai untuk keperluan aeronautika. Model baling-baling ditempatkan dalam terowongan yang berisi air dengan tekanan fluida yang dapat diatur sehinga model propeller seolah-olah bekerja sesuai dengan kerja propeller yang sebenarnya. Air diputar sepanjang terowongan tertutup. Model propeller yang diuji ditempatkan didalam terowongan dan kecepatan propeller diatur. Model propeller ini dipantau melalui jendela kaca disisi terowongan.



Page 21



TUGAS



Dengan memperguanakan terowongan ini , haraga thrust, torque, effisiensi baling-baling pada berbagai harga slip dan perihal kavitasinya dapat diketahui . Yang penting adalah mengetahui kapan kavitasi mulai terjadi. Hal ini dilihat melalui jendela kaca pemeriksaan.



*………..…..*



Page 22