6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Karakteristik Kapal Tunda

Kapal tunda merupakan jenis kapal khusus yang digunakan untuk menarik

atau mendorong kapal di pelabuhan, laut lepas atau melalui sungai. Kapal ini

digunakan pula untuk menarik tongkang, kapal rusak dan peralatan lainnya dan

memiliki tenaga yang besar bila dibandingkan dengan ukurannya.

Sesuai dengan daerah pelayarannya (menurut Tasrun Sjahrun) kapal tunda

dapat digolongkan menjadi :

a) Kapal tunda pelayaran besar (Ocean Going Tug), merupakan salah satu

jenis kapal tunda yang daerah pelayarannya di laut luar dan kapal ini

biasanya digunakan sebagai penyuplai bahan bakar dari hasil kilang

minyak (Anchor Handling Suplay Vessel).

b) Kapal tunda pelayaran pantai (Coastwise and Estuary Tug) merupakan

jenis kapal tunda yang daerah pelayarannya hanya disekitar perairan

pantai.

c) Kapal tunda pelabuhan dan pengerukan (Estuary and Harbour) merupakan

salah satu jenis kapal tunda yang digunakan untuk menarik atau

mendorong kapal yang ada di pelabuhan dan juga berfungsi sebagai

penarik kapal keruk.

d) Kapal tunda perairan dangkal (Shallow Draught Pusher Tug) merupakan

jenis kapal tunda yang memiliki sarat rendah.

7

e) Kapal tunda sungai dan dok (River and Dock Tug) merupakan jenis kapal

tunda yang memiliki kemampuan tarik kurang dari 3 knot dan hanya

menunda kapal disekitar area sungai.

Bangunan kapal tunda hampir sama dengan bangunan kapal barang.

Hanya saja tidak dilengkapi dengan palka barang besar, sehingga ukurannya lebih

kecil untuk tenaga penggerak yang sama. Karena kapal tunda dirancang untuk

dapat melakukan bermacam pekerjaan seperti menarik, menunda, menggandeng

dan menambatkan kapal – kapal dan alat apung lainnya yang mempunyai bobot

yang jauh lebih besar. Begitupula dengan konstruksinya dirancang lebih kuat

untuk menahan getaran, pada kapal tunda dilengkapi dengan peralatan tarik

seperti towing hook, stabilizher guilding ring, towing beam, dan juga derek

tambang tarik pada geladak tengah kapal.

Jenis kapal tunda yang dibahas pada karya tulis ini adalah kapal tunda

pelayaran pantai (coastwise and estuary tug), jenis kapal ini hampir sama dengan

kapal tunda pelayaran besar, hanya lokasi penggunaannya terbatas. Karena itu

persyaratan pembangunan kapal tunda ini sama dengan kapal tunda untuk

pelayaran besar.

Tenaga penggerak kapal tunda ini biasanya didasarkan pada permintaan

pemilik yang umumnya bervariasi antara 300 – 1500 HP dengan kecepatan kurang

dari 14 knot. Hampir semua sistem propulsinya memakai satu atau dua baling –

baling dengan tenaga penggerak berupa motor diesel yang dapat dikendalikan

langsung, baik untuk tenaga kecil maupun tenaga besar.

8

Daya dorong propeller ditentukan oleh VA, VB, AO (Luas discus

propeller), ini menunjukkan bahwa efisiensi propeller bergantung pada putaran

dan diameter. Putaran propeller pada kapal tugboat tidak sama dengan jenis kapal

yang lain karena memiliki diameter yang besar dengan putaran relatif lebih

rendah.

Secara umum kecepatan kapal ditentukan oleh besar daya mesin dan tipe

propeller, oleh karena itu pada saat perencanaan kapal baru, kecepatan kapal

sudah ditentukan untuk memprediksikan sistem propulsi yang dipergunakan.

Untuk mengetahui daya mesin sebuah kapal terlebih dahulu harus diketahui

tahanan total kapal dan mengacu pada dimensi kapal atau bentuk badan kapal.

Perubahan kecepatan akan berdampak pada perbedaan daya mesin dalam hal ini

yaitu nilai Brake Horse Power (BHP) kapal tersebut.

2.2. Tahanan Kapal

Tahanan kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja

berlawanan dengan gerakan kapal tersebut. Tahanan tersebut akan sama dengan

komponen gaya fluida yang bekerja sejajar dengan sumbu gerakan kapal.

Melihat bahwa kapal bergerak di bidang fluida cair yang nilai kerapatan

massanya lebih besar dari udara sehingga semakin besar kecepatan dan dimensi

suatu kapal maka semakin besar pula energi yang dibuang untuk menghasilkan

energi berupa gelombang (wave), gelombang inilah yang kemudian bergesekan

dengan lambung kapal dan arahnya melawan arah kapal sehingga menimbulkan

gaya berlawanan.

9

Tahanan total (RT) pada kapal terdiri dari komponen – komponen bagian

kapal yang mempunyai kemungkinan menimbulkan gaya hambat atau resistance.

Pada prinsipnya ada dua bagian kapal yang mengalami gaya hambat, yaitu bagian

kapal yang terbenam dan area bagian kapal diatas permukaan air karena udara

juga mempunyai faktor hambat pada kondisi tertentu. RT digunakan untuk

menentukan besar Efective Horse Power (EHP) yang didefinisikan sebagai daya

yang diperlukan suatu kapal untuk bergerak dengan kecepatan sebesar VS dan

mampu mengatasi gaya hambat atau tahanan sebesar RT dan yang lebih penting

untuk mengetahui seberapa besar daya dari mesin utama agar kapal yang akan

dibuat tidak mengalami kelebihan daya yang besar atau justru tidak bisa

memenuhi kecepatan karena daya yang diprediksikan tidak bisa mengatasi besar

tahanan kapal.

Perhitungan tahanan kapal ini sangatlah penting sekali dan diharapkan

seakurat mungkin dalam arti tidak kurang dan tidak lebih karena mempengaruhi

aspek – aspek dari segi biaya investasi, efisiensi, biaya perawatan, biaya

operasional, persaingan ekonomis dan lain – lain. Oleh karena itu berbagai macam

cara digunakan oleh para arsitek kapal untuk memprediksi besar daya dari suatu

kapal dengan hasil seakurat mungkin dengan menentukan besar tahanan total yang

bekerja pada suatu kapal.

Disisi lain kita juga harus memperhatikan satuan tahanan kapal yaitu sama

dengan satuan gaya, karena dihasilkan oleh air maka disebut gaya hidrodinamika.

Gaya hidrodinamika ini semata-mata disebabkan oleh gerakan relative kapal

terhadap cairan:

10

1. Gaya-gaya yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan badan kapal,

(gaya tekanan).

2. Gaya-gaya yang bekerja menyinggung badan kapal (gaya geser).

Tahanan total (RT) yang dialami kapal terdiri dari sejumlah komponen

tahanan yang berbeda yang diakibatkan oleh berbagai macam penyebab dan saling

berinteraksi untuk menangani masalah tahanan secara praktis, komponen tahanan

ini dapat dilihat dari gambar berikut:

Gambar 2.1 Komponen Tahanan Spesifik

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

Tahanan total (RT) yang dialami kapal terdiri dari sejumlah komponen

tahanan yang berbeda yang diakibatkan oleh berbagai macam penyebab dan saling

berinteraksi. Untuk menangani masalah tahanan secara praktis, maka tahanan total

harus ditinjau secara praktis pula sehingga dapat diuraikan menjadi beberapa

komponen utama sebagai berikut :

11

1. Tahanan Gesek, RF (Resistantion Friction) terjadi akibat gesekan

permukaan basah kapal dengan media yang dilaluinya, oleh karena semua

fluida mempunyai nilai viskositas inilah menimbulkan gesekan tersebut.

Atau komponen tahanan yang diperoleh dengan jalan mengintegralkan

tegangan tangensial keseluruh permukaan basah kapal menurut arah

gerakan kapal. Adapun komponen tahanan tersebut sebagai berikut (Sv.

Aa.Harvald:1964):

Rf = 0, 5.Cf. .V2.S (kN) ………………….…… (2.1)

Dimana :

= Massa jenis air laut

V = Kecepatan kapal (m/sec)

S = Luas bidang basah (m2)

Angka reynold (Rn)

Rn = Vs.Lwl/ υ …………........………. (2.2)

Coefisien tahanan gesek (Cf)

Cf = 0,075 / (Log10Rn-2)2 ..……………………... (2.3)

2. Tahanan Sisa, RR (Residual Resistance) adalah kuantitas yang merupakan

hasil pengurangan dari tahanan total badan kapal, suatu tahanan gesek

yang merupakan hasil perhitungan yang diperoleh dengan memakai rumus

khusus. Secara umum, bagian terbesar dari tahanan sisa pada kapal niaga

adalah tahanan gelombang (Wavemaking resistance). Adapun formula

yang diberikan adalah sebagai berikut:

12

RR = (0, 5 x ρ x ∆2/3

x V2) ..……………………… (2.4)

Dimana:

∆ = Displacement kapal (m2)

V = Kecepatan kapal (m/s)

Tahanan sisa memiliki nilai coefisien (Fn) yang diperoleh dari gambar -

gambar ratio panjang dan volume yang merupakan hubungan antara angka

Froude dan koefisien prismatik memanjang.

Fn= V / 𝒈.𝑳 ……………………….. (2.5)

3. Tahanan Viskos, RV (Viskos Resistance) adalah komponen tahanan yang

terkait dengan energi yang dikeluarkan akibat pengaruh viskos/kekentalan.

4. Tahanan Tekanan, RP (Pressure Resistance) adalah komponen tahanan

yang diperoleh dengan jalan mengintegralkan tegangan normal keseluruh

permukaan kapal menurut arah gerakan kapal.

5. Tahanan Tekanan Viskos, RPV (Viskos Pressure Resistance) 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.

13

Gambar 2.2 Tahanan tekanan dan viskos

Sumber : Tahanan dan Propulsi. Sv. Aa. Harvald. 1982

6. Tahanan Gelombang, RW (Wavemaking Resistance) adalah komponen

tahanan yang terkait dengan energi yang dikeluarkan untuk menimbulkan

gelombang gravitasi.

7. Tahanan Pola Gelombang, RWP (Wave Pattern Resistance) adalah

komponen tahanan yang disimpulkan dari hasil pengukuran elevasi

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).

8. Tahanan Pemecahan Gelombang, RWB (Wave Breaking Resistance) adalah

komponen tahanan yang terkait dengan pemecahan gelombang yang

berada di buritan kapal.

14

9. Tahanan Semprotan, RS (Spray Resistance) adalah komponen tahanan

yang terkait dengan energi yang dikeluarkan untuk menimbulkan

semprotan.

10. Tahanan Anggota Badan (Appendage Resistance) adalah tahanan dari boss

poros, penyangga poros (shaft bracket) dan poros, lunas bilga dan

sebagainya. Dalam memakai model fisik, model tersebut umumnya

dilengkapi dengan anggota badan seperti itu disertakan dalam pengukuran

tahanan. Umumnya lunas bilga tidak dipasang. Jika tanpa anggota badan

maka tahanannya disebut tahanan polos (bare resistance).

11. Tahanan Kekasaran (Roughness Resistance) adalah tahanan akibat

kekasaran permukaan badan kapal misalnya akibat korosi dan fouling

(pengotoran) pada badan kapal.

12. Tahanan Udara (Air Resistance) adalah tahanan yang dialami bagian atas

permukaan air serta bangunan atas (superstructure) karena gerakan kapal

yang menyusuri udara.

13. Tahanan Daun Kemudi (Steering Resistance) adalah tahanan akibat

gerakan daun kemudi. Gerakan daun kemudi ditujukan untuk kelurusan

lintasan maupun manuver kapal.

Lingkungan juga berpengaruh pada tahanan. Bila kapal bergerak diair

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

15

juga mempunyai pengaruh pada tahanan, yang disebut pengaruh air dangkal

(Shallow Water Effect). Bila membandingkan karakterisrtik untuk kerja kapal

umumnya karakteristik di daerah 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. Dalam perhitungan tahanan kapal

tunda digunakan Metode Yamagata.

Metode Yamagata diperkenalkan oleh seorang ilmuan Jepang bernama Dr.

Yamagata. Beliau adalah salah satu staf ahli biro keselamatan dan teknologi

maritim kekaisaran Jepang. Metode tahanan Yamagata banyak digunakan pada

kapal – kapal yang berukuran kecil serta komponen-komponen tahanan yang

diperhitungkan juga terbatas.

16

Adapun metode perhitungan tahanan Metode Yamagata adalah sebagai

berikut :

1. Estimasi kecepatan dalam satuan knot.

2. Menentukan kecepatan kapal dalam satuan m/s.

3. Menentukan angka Reynold (Rn), dengan persamaan 2.2.

Rn = Vs.Lwl / v

Dimana v = 0,884 x 10-6

m2/s. Pada suhu 28%

4. Menentukan koefisien hambatan gesek (Cf).

Cf = 0,0075 / (log 10 (Rn – 2)2

5. Menentukan nilai tahanan gesek (Rf), dengan persamaan 2.1.

Rf = 0,5 . Cf . . V2

. S

6. Menentukan nilai tahanan gesek (Rf) dalam satuan kg.

7. Menentukan nilai Froude (Fn), dengan persamaan 2.5.

Fn = V / 𝑔. 𝐿

8. Menentukan nilai harga B/L -0,135

9. Menentukan nilai harga B/T -2,25

10. Menentukan harga dari (∆rR`.B/L) / (B/L-0,135) fig.5.3.2.

11. Menentukan harga dari (∆rR`.B/T) / (B/T-2,25) fig.5.3.3.

12. Menentukan harga dari (∆Rr``.B/L)

(∆Rr``.B/L) = (∆rR`.B/L) / (B/L – 0,135) fig.5.3.2 x (∆Rr``.B/L)

13. Menentukan harga dari (∆Rr``.B/T)

(∆Rr``.B/T) = B/T – 2,25 x (∆rR`.B/T) / (B/T – 2,25)

14. Menentukan koefisien tahanan sisa (rRo) fig.5.3.1.

17

15. Menentukan koefisien tahanan sisa (rR`)

rR` = (∆Rr``.B/T) + (∆Rr``.B/L) + (rRo)

16. Menentukan hambatan sisa (RR), dengan persamaan 2.4.

RR = (0,5 x x ∆2/3

x V2)

17. Menentukan hambatan sisa (RR), dalam satuan KN

18. Menentukan hambatan total (Rx)

Rx = RR + Rf

19. Hambatan total kapal.

RT = Rx + 20% . Rx

20. EHP (Effective Horse Power)

EHP = RT x Vs / 75

2.3. Sistem Propulsi Kapal

Alat propulsi kapal yang paling sering digunakan adalah propeller / baling

– baling yang menghasilkan daya dorong akibat adanya gaya angkat yang bekerja

pada daun propeller pada saat berputar.

Tenaga yang dihasilkan oleh mesin induk ditransmisi sampai

menghasilkan daya dorong pada baling-baling mengalami beberapa

proses.Sehubungan dengan hal tersebut beberapa defenisi yang erat kaitannya

dengan efisiensi propulsi, dipaparkan sebagai berikut (Mansyur Hasbullah: 2003):

a. BHP (Brake Horse Power) adalah tenaga yang digunakan pada saat

pengereman mesin.

18

b. SHP (Shaft Horse Power) adalah tenaga dari poros (shaft) propeller yang

diterima dari BHP.

Gambar 2.3 Fungsi SHP

Sumber : Efisiensi Propulsi. Surjo W. Adji

Gambar diatas merupakan fungsi dari SHP dapat dirumuskan sebagai

berikut :

SHP = 2.π.Q.n/75 ....................................... (2.6)

Dimana :

n = Jumlah putaran poros propeller

Daya SHP yang diterima adalah lebih kecil daripada BHP, karena

adanya kebocoran-kebocoran (daya yg terbuang) daya yang terjadi pada

sistem poros, friction losser, bearing, thrust block, stuffing box, dan

transmission gear. Kecendrungan meningkatnya kebocoran (losser

Power), tergantung pada kondisi sistem poros (bearing rush) dan letak

main engine ke propeller kapal. Sebagai perhitungan teoritis dapat

diestimasi persentase kebocoran daya pada mesin utama, yaitu untuk kapal

dengan ruang mesin utama di bagian tengah, losser power adalah 5% dan

pada bagian belakang menjadi 3% saja.

PS

19

c. DHP (Delivery Horse Power) adalah tenaga yang ditransfer ke propeller.

Gambar 2.4 Fungsi DHP/PD

Sumber : Efisiensi Propulsi. Surjo W. Adji

Dengan demikian DHP dapat dirumuskan sebagai berikut :

DHP = 2π.QD.n ....................................... (2.7)

d. THP (Thrust Horse Power) adalah gaya dorong yang digunakan oleh

propeller untuk menggerakkan kapal.

Gambar 2.5 Fungsi THP/PT

Sumber : Efisiensi Propulsi. Surjo W. Adji

Dari gambar diatas, maka nilai THP dapat dirumuskan sebagai berikut :

THP = T.Va ....................................... (2.8)

Dimana :

T = Thrust

Va = Kecepatan aliran masuk

PT = T. VA

PD

20

Thrust adalah gaya dorong yang ditimbulkan dari gaya angkat / lift

pada bagian belakang propeller yang bergerak serta searah dengan gerakan

kapal. Thrust akan semakin kecil akibat bertambahnya beban tarik

(Tahanan kapal) tetapi putaran propeller memperbesar pada momen torsi

konstan. Dimana thrust maksimum terjadi pada bollard pull.

Thrust dapat diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai

berikut (Caldwells: 1988) :

T = RT / (1 - t) ....................................... (2.9)

e. EHP (Effective Horse Power) adalah besarnya tenaga yang digunakan

untuk menggerakkan kapal.

Gambar 2.6 Fungsi EHP/PE

Sumber : Efisiensi Propulsi. Surjo W. Adji

Dari gambar diatas, maka nilai EHP dapat dirumuskan sebagai berikut :

EHP = RT . V / 75 (HP) ..................................... (2.10)

Dimana :

V = Kecepatan kapal

RT = Tahanan total kapal

PE = RT. V

21

Hubungan antara daya – daya tersebut diatas adalah :

IHP

BHPX

BHP

DHPX

DHP

THPX

THP

EHP

IHP

EHP

THP = EHP x (1-t) / (1-w) = ηh ..................................... (2.11)

Dimana : ηh = Effisiensi hull

(1-t) = Thrust deduction factor

(1-w) = Wake fraction

2.3.1. Arus Ikut (Wake)

Arus ikut adalah perbedaan antara kecepatan kapal dengan kecepatan

aliran air menuju propeller. Pada saat kapal bergerak, gesekan air pada permukaan

lambung menimbulkan lapisan air yang mengikuti arah gerakan kapal. Membagi

perbedaan ini dengan kecepatan kapal atau dengan kecepatan aliran air

menghasilkan dua harga koefisien arus ikut (wake fraction). Pendapat ini

dikemukakan oleh Taylor (Taylor wake fraction) dan oleh Froude (Froude wake

fraction). (Mansyur Hasbullah: 2003):

w = (0,5 . Cb) – 0,05 untuk Single Screw

w = (0,5 . Cb) – 0,20 untuk Twin Screw ............. (2.12)

Harga koefisien arus ikut kapal berbaling – baling ganda dapat dilihat dari

kurva sebagai berikut :

22

Gambar 2.7 Fraksi Arus Ikut Kapal Berbaling-Baling Ganda

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

2.3.2. Fraksi Deduksi Gaya Dorong (Thrust Deduction Fraction)

Gaya dorong (T) yang diperlukan untuk mendorong kapal pada kecepatan

v akan lebih besar dari pada tahanan RT yang akan dialami kapal bila di tarik

pada kecepatan yang sama . kehilangan gaya dorong (T- RT) dinyatakan dalam

fraksi gaya dorong T dan di sebut Fraksi deduksi gaya dorong (Harvald, 1992).

Adapun gaya dorong ini dapat kita hitung dengan formula sebagai berikut:

(Engine Propeller Matching, S. W. Adji, hal. 3)

t = (0,5 x Cp) – 0,19 (kapal dengan twin screw) ............. (2.13)

Adapun komponen dari fraksi deduksi gaya dorong dapat dilihat dari

gambar berikut ini:

23

Gambar 2.8 Komponen Fraksi Deduksi Gaya Dorong

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

2.3.3. Kecepatan Air Masuk Ke Propeller (Va)

Kecepatan air masuk ke propeller dapat dihitung dengan formula sebagai

berikut :

Va = Vs (1-w), Knot ..................................... (2.14)

Dimana : Vs = Kecepatan kapal (Knot)

2.3.4. Taylor Coeficient (Bp-δ)

Angka Taylor Coeficient dapat dihitung dengan formula sebagai berikut :

Bp = 〖𝑃𝑠〗^0,5/〖𝐷𝑝.𝑉𝑎〗^1,5 ............................. (2.15)

Dimana :

Dp = Diameter propeller (feet)

Va = Kecepatan air masuk (Knot)

24

2.3.5. Explanded Blade Area Ratio (Ae / Ao)

Ae / Ao dapat dihitung dengan formula sebagai berikut :

Ae / Ao = ((1,3 + 0,3.𝑍).𝑇)/((𝑃𝑜 − 𝑃𝑣).𝐷^2 ) + k ..... (2.16)

Dimana :

Z = Jumlah daun propeller

T = Thrust (gaya dorong)

k = Konstanta dari 0 ~ 0,2

Po-Pv = Tekanan pada pusat propeller (N/m2)

D = Diameter propeller (m)

2.3.6. Efisiensi Propeller

Efisiensi propeller adalah merupakan ukuran performance propeller

terhadap produktivitasnya dalam menghasilkan daya dorong.

Ukuran baik baik buruknya baling-baling dalam menghasikan gaya dorong

dinyatakan dengan efisiensi baling-baling. Kerugian energi baling-baling pada

waktu bekerja di belakang kapal, secara umum dibedakan atas (Baker E.III:1988)

Kerugian akibat sejumlah massa yang bergerak berputar ke belakang.

Energi dihabiskan akibat gesekan-gesekan dari partikel air itu sendiri.

Kerugian ini dapat dikurangi dengan mempergunakan sistem putaran

lambat pada massa air yang banyak. Jadi dipergunakan baling-baling

dengan diameter besar dengan jumlah putaran yang lambat. Meskipun

demikian baling-baling dengan diameter sebesar bagaimanapun tidak

akan mempunyai effisiensi lebih dari 70 %.

25

Kerugian karena adanya daya tahan pada daun propeller sewaktu

bergerak didalam air. Hal ini disebabkan oleh viskositas air dan

gesekan air pada daun tersebut. Kerugian ini dikurangi dengan

mempergunakan daun propeller yang kecil. Dengan memperkecil luas

tiap daun maka luas permukaan daun berkurang. Untuk mendapat

luasan permukaan daun total yang sama seperti sebelum daun

diperkecil 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. Efisiensi 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.

Gambar 2.9 Fungsi ηp pada sistem propulsi

Sumber : Efisiensi Propulsi. Surjo W. Adji

PT = T. VA PD

26

Efisiensi propeller didefinisikan sebagai berikut :

η = 𝐸𝐻𝑃𝑆𝐻𝑃

= ηo. ηh. ηrr . ηs. ..................................... (2.17)

2.4. Koefisien Propulsi

Koefisien Propulsi 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) atau daya yang

disalurkan mesin ke poros untuk kapal – kapal turbin.

PC = EHP / SHP = QPC = ηo. ηh. ηrr . ηs. ....................... (2.18)

Dimana :

ηo = Efisiensi propulsi

ηh = Efisiensi lambung

ηrr = Efisiensi relative rotative

2.5. Karakteristik Baling – baling Kapal

Setiap tipe dari masing-masing baling kapal memiliki karakteristik kurva

kinerja yang berbeda-beda. Sehingga kajian terhadap karakteristik baling-baling

kapal tidak di-generalized untuk keseluruhan bentuk dari baling-baling. Model

persamaan untuk karakteristik kinerja baling-baling kapal adalah sebagi berikut

(Surjo. W. Adji, 2009:6):

Koefisien angka maju, (J) = 𝑉𝑎𝑛 .𝐷 …......….…...... (2.19)

Putaran propeller (Rpm), n = 1/J x Va/ D x 60 ...…...... (2.20)

27

Koefisien daya dorong, (KT) = 𝑇

𝜌 .𝑛2𝐷4 …………....…. (2.21)

Koefisien Torsi, (KQ) = 𝑄

𝜌 .𝑛2𝐷5 …………......... (2.22)

Dimana:

T = Gaya dorong (N)

Q = Torsi propeller (Nm)

ρ = Massa jenis air laut (1,025 ton m)

n = Putaran propeller (rpm)

Va = Kecepatan air masuk ke propleller (m/s)

D = Diameter propeller (m)

Berdasarkan buku “Tahanan dan Propulsi Kapal” Sv.Aa. Harvald hal.143,

angka KT dan KQ sangat ditentukan oleh diameter propeller dan tenaga kuda

penggerak kapal dikurangi kerugian – kerugian akibat bantalan poros dan

sebagainya. Besar kerugian tersebut adalah 5% untuk mesin ditengah kapal dan

8% untuk mesin dibelakang kapal.

28

Nilai KQ, KT dapat dilihat dari diagram berikut ini :

Gambar 2.10 Diagram KQ, KT

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

Nilai KT dapat di peroleh dari grafik KT – KQ – J adalah koefisien

kecepatan maju yang besarnya adalah :

J = Ve / n . D ..................................... (2.23)

Dimana :

Ve = Kecepatan air masuk propeller (m/s)

n = Putaran propeller (rpm)

D = Diameter propeller (m)

Rasio KT/KQ dapat pula digambarkan seperti pada gambar berikut ini :

29

Gambar 2.11 Rasio KT/ KQ

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

2.6. Karakteristik Pembebanan Propeller

Pemilihan propeller yang akan digunakan dalam perancangan sistem

propulsi diorientasikan pada tipe Waganigen B – series dengan diameter dan

jumlah daun propeller berdasarkan perhitungan.

Untuk mendapatkan korelasi pembebanan, data tahanan kapal dibentuk

kedalam persamaan matematis, tahanan per displacement merupakan fungsi dari

kecepatan sehingga :

RT/∆ ≈ f {α . Vsn}

Persamaan karakteristik tahanan adalah persamaan polynominal ordo 2,

bentuk persamaan karakteristik tahanan sebagai berikut :

y = α1x2 + α2x + c

dimana RT / ∆ adalah besarnya tahanan total kapal per ton displacement,

sedangkan Vs adalah kecepatan dinas yang direncanakan. Korelasi tahanan dan

30

propeller dapat diperoleh dengan mengubah persamaan diatas dalam thrust

coeffisient berdasarkan persamaan berikut :

RT / ∆ = T / ∆ x (1 – t), dan RT / ∆ = f {α . Vsn}

Sehingga dapat dinyatakan menjadi :

F {α . Vsn} = T / ∆ . x . (1 – t)

bila RT = α1 . Vs2 + α2 . Vs + c

dan jika diketahui bahwa, J2 =

𝑉𝑎

𝑛2𝐷2 , maka model persamaan dituliskan :

T x (1 – t) = α1 𝑉𝑎

1−𝑤

2

+ α2 𝑉𝑎

1−𝑤 + c

Selanjutnya dengan thrust propeller adalah :

T = ∝1

𝑉𝑎

1−𝑤

2 + ∝2

𝑉𝑎

1−𝑤

1−𝑡 + c

dilain pihak, thrust propeller dapat diformulasikan sebagai berikut :

T = KTρn2D

2

Dengan mengkombinasikan kedua persamaan thrust propeller diperoleh :

KT = ∝1+ 𝑉𝑎2+

∝2 1−𝑤

𝑉𝑎 +𝑐 1−𝑤 2

1−𝑤 2 1−𝑡 𝜌𝐷2

KT = ∝1+

∝2 1−𝑤

𝑉𝑎 +

𝑐 1−𝑤 2

𝑉𝑎2

1−𝑤 2 1−𝑡 𝜌𝐷2 J2

dan lebih sederhana apabila

K* =

{∝1+ ∝2 1−𝑤

𝑉𝑎 +

𝑐 1−𝑤 2

𝑉𝑎2 }

1−𝑤 2 1−𝑡 𝜌𝐷2

KT = K*J

2 (A. Haris Muhammad, ST, MT, Ph.D.;2001) ... (2.24)

31

2.7. Gaya Dorong (Thrust)

Thrust adalah gaya dorong yang ditimbulkan dari gaya angkat / lift pada

bagian belakang propeller yang bergerak serta searah dengan gerakan kapal.

Thrust akan semakin kecil akibat bertambahnya tahanan kapal, tetapi putaran

propeller memperbesar pada momen torsi konstan. Dimana thrust maksimum

terjadi pada kondisi bollard pull.

Thrust dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut :

T = KT . ρ . n2 . D

4 ..................................... (2.25)

Dimana :

KT = Koefisien gaya dorong

ρ = Density air laut (1,025 ton . m)

n = Putaran propeller (Rps)

D = Diameter propeller (m)

Sedangkan besarnya gaya dorong yang menggerakkan kapal dapat di

ketahui dengan mereduksi dengan faktor reduksi thrust (Thrust Deduction Factor)

yang besarnya merupakan fungsi linear dari kecepatan, sehingga diperoleh :

Ttb = T (1 - t)

2.8. Baling – baling Di Dalam Tabung (Kort Nozzle)

Beban gaya dorong dapat diubah dengan jalan memasang foil udara

mengelilingi baling – baling yang diselubungi atau unit baling – baling di dalam

tabung (nozzle). Unit ini juga disebut sebagai tabung Kort.

32

Peningkatan kualitas propulsi dapat dilakukan dengan jalan menurunkan

beban gaya dorong karena secara teori mengatakan beban gaya dorong yang tinggi

memberikan efisiensi yang rendah, sebaliknya beban gaya dorong yang rendah

memberikan efisiensi yang tinggi. (Tahanan dan Propulsi K:apal. Sv. Aa. Harvald.

1982).

Untuk mendapatkan gaya dorong yang lebih, baling – baling harus

memindahkan air sebanyak mungkin dalam waktu yang ditentukan. Kort nozzle

akan membantu baling – baling untuk melakukan hal ini. Daun propeller yang

memutar di air menghasilkan tekanan daerah tinggi di belakang setiap daun dan

daerah tekanan rendah di depan dan perbedaan tekanan inilah yang memberikan

kekuatan menggerakkan kapal.

Gambar 2.12 Skema Baling – baling Dalam Tabung

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

Dengan adanya tabung – tabung tersebut dan tergantung pada bentuk

tabung itu sendiri, aliran yang melalui tabung tersebut akan mengalami percepatan

atau perlambatan. Percepatan aliran akan menyebabkan turunnya beban gaya

33

dorong dan naiknya efisiensi baling – baling. Perlambatan aliran pada umumnya

akan mengakibatkan karakteristik kavitasi yang baik.

Gambar 2.13 Skema Asaz Kerja Baling – baling Dalam Tabung

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

Asaz kerja baling – baling yang diselubungi mirip dengan asaz kerja

pompa aksial. Dinding tersebut akan menurunkan kekuatan pusaran ikut pada

ujung daun, dan bahkan akan dapat menghilangkan pusaran tersebut jika sela

antara ujung daun dengan dinding tabung cukup kecil. Karena itu untuk

mendapatkan efisiensi setinggi mungkin maka sela antara ujung daun dengan

dinding tabung harus dibuat sekecil mungkin, sekitar 0,001 diameter propeller.

34

Gambar 2.14 Harga η maks untuk berbagai jenis alat penggerak

Sumber : Tahanan dan Propulsi Kapal. Sv. Aa. Harvald. 1982

Dari grafik diatas menunjukkan bahwa nilai optimal efisiensi baling –

baling dalam kort nozzle untuk kapal tunda adalah 0,45.