Laporan Desain II

DESAIN II : PROPELLER & SISTEM PERPOROSAN

GALIH SAPUTRO (4211100051) Page 1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Filosofi Design

I.2. Data Ukuran Utama Kapal

I.3. Data Gambar Lines Plan

I.4. Data Gambar Midship Section

I.5. Data Gambar CL Construction Profile

I.6. Rules & Regulation



BAB II

PERHITUNGAN PROPELLER

II.1. Perhitungan Tahanan Kapal

Tahanan kapal adalah suatu gaya fluida, yang bekerja berlawanan arah dengan gerak dari

suatu kapal. Dalam hal ini, perhitungan tahanan kapal harus benar-benar dilakukan dengan teliti,

karena tahanan total kapal yang didapatkan nantinya akan menjadi acuan untuk perhitungan

power yang diperlukan oleh kapal untuk mendapatkan kecepatan yang diinginkan. Untuk

mendapatkan tahanan total suatu kapal, tidak begitu saja sekali hitung langsung didapatkan.

Tahanan total itu sendiri adalah gabungan dari penjumlahan dari tahanan-tahanan yang

sedemikian rupa banyaknya, antara lain : tahanan gesek, tahanan sisa, tahanan tambahan,

tahanan udara, dan tahanan kemudi. Dalam perhitungan tahanan, perlu diketahui froud number,

reynold number, volume displasmen, berat displasmen , dan luas permukaan basah dari kapal

yang akan dirancang. Dalam perhitungan ini, akan menggunakan buku Tahanan dan Propulsi

Kapal oleh SV. AA. Harvald yang kali ini diterjemahkan oleh Ir. Jusuf Sutomo, M.Sc. Berikut tahap-

tahap perhitungannya :

II.1.1. Perhitungan Volume Displasmen

Volume displasmen merupakan volume air yang dipindahkan oleh badan kapal.

Dimana rumus yang digunakan untuk mencari volume displasmen adalah :

▼(m3) = CbWl x LWL x B x T (2-1)

CbWL = Block coefficient dibawah garis air

LWL = Panjang kapal dihitung pada garis air

B = Lebar kapl

T = Tinggi sarat air

II.1.2. Perhitungan Berat Displasmen

Berat displasmen adalah berat volume air yang dipindahkan oleh badan kapal. Jadi

berat dari volume air yang dipindahkan merupakan berat dari kapal tersebut. Dimana

rumus yang digunakan untuk mencari berat displasmen adalah :

▲(Newton) = CbWl x LWL x B x T x ρ air laut (2-2)

▲(Newton) = ▼ x ρ air laut (2-3)

▼(m3) = Volume displasmen

ρ air laut = Masa jenis air laut

II.1.3. Luas Permukaan Basah

Dalam buku Tahanan dan Propulsi Kapal oleh SV. AA. Harvald yang kali ini

diterjemahkan oleh Ir. Jusuf Sutomo, M.Sc. Permukaan basah untuk kapal niaga yang

normal dapat dihitung dengan memakai rumus berikut ini (versi rumus Mumford) :

S = 1,025Lpp (Cb x B + 1,7T) (2-4)



II.1.4. Nilai Froud Number

Nilai froud number (Fn) perlu diketahui untuk mendefinisakan bahwa fungsi linier

dari LCB standar adalan Fn tersebut. Fn sendiri nanti akan digunakan untuk membaca

diagram 5.5.25 pada buku Tahanan dan Propulsi Kapal yang menjadi acuan dalam

perancangan kali ini. Berikut rumusan untuk mencari Fn :

Fn = 𝑉

𝑔𝐿𝑤𝑙 (2-5)

V(m/s) = Kecepatan dinas kapal

g(m/s2) = Percepatan gravitasi

II.1.5. Nilai Reynold Number

Nilai reynold number perlu diketahui, karena akan berfungsi untuk mencari tahanan

gesek nantinya. Berikut rumusan untuk mencari Rn :

Rn = 𝑉 × 𝐿𝑤𝑙

𝑉𝑘 (2-6)

Vk = Koefisien viskositas kinematik

II.1.6. Tahanan Gesek (Friction Coefficient)

Tahanan gesek (CF) adalah suatu tahanan yang disebabkan karena gesekan oleh

semua fluida yang mempunyai viskositas, dan viskositas inilah yang menimbulkan gesekan

dengan permukaan kapal. Sebenarnya untuk mencari tahanan gesek terdapat dua cara,

yaitu dengan menghitung sesuai dengan rumus, dan dengan melihat gambar 5.5.14 pada

buku acuan Tahanan dan Propulsi Kapal. Dalam cara yang kedua yaitu dengan melihat

gambar, jadi hanya tinggal memasukkan nilai kecepatan kapal kita, dan juga panjang dari

kapal kita. Tapi dalam rancangan ini, akan menggunakan rumus, karena lebih teliti. Berikut

rumusan untuk mencari tahanan gesek.

CF = 0.075

(log 10 Rn −2 )2 (2-7)

II.1.7. Tahanan Sisa (Coefficient Resitance)

Koefisien tahanan sisa (CR) untuk kapal yang standar dapat diambil dari diagram

(Gb.5.5.5 - 5.5.13). Sebelum mencari tahanan sisa pada diagram, harus menetukan nilai

, nilai β, dan nilai φ. Setelah semua nilai yang diperlukan didapat, pencarian nilai koefisien

tahanan sisa dapat dicari pada diagram tersebut. Dalam buku acuan Tahanan dan Propulsi

Kapal, terletak pada halaman 120-128.

Karena kapal pada umumnya berbeda dengan standar dengan tingkat keadaan

tertentu, lebih besar atau lebih kecil, maka nilai yang tadi sudah didapatkan harus dilakukan

koreksi sebagai berkut :

II.1.7.1. B/T

Karena diagram tersebut dibuat berdasarkan rasio lebar-sarat “ B/T = 2.5 ”

maka harga CR untuk kapal yang mempunyai rasio lebih besar atau lebih kecil dari



2.5 harus dilakukan pengoreksian. Dalam buku acuan Tahanan dan Propulsi Kapal,

rumus koreksi sebagai berikut :

103 CR = 103 CR(B/T=2.5) + 0.16(B/T – 2,5) (2-8)

II.1.7.2. Penyimpangan LCB

Letak LCB yang optimum merupakan kuantitas yang masih agak

meragukan, dan semua kepustakaan yang ada memberikan pendapat yang

berbeda-beda. Sehingga memberikan gambaran yang masih membingungkan.

Sebagai upaya untuk mengatasi kerancuan tersebut, maka semua informasi yang

ada dikumpulkan dan diringkas pada LCBstandar yang didefinisikan sebagai fungsi

linier angka froud (Fn). Dari Tugas Rencana Garis diketahui besarnya LCB hasil

pembacaan di NSP(e%).

Penentuan LCBstandar dalam % dengan acuan grafik LCBstandar, pada buku

acuan Tahanan dan Propulsi Kapal, halaman.130, gambar 5.5.15 adalah :

Gambar II.7.2.1. LCBstandar. Letak Longitudinal titik benam yang dipandang terbaik

Karena letak dari LCB di depan LCBstandar maka harus dilakukan koreksi

untuk mendapatkan nilai dari ∆ LCB yang akan digunakan untuk koreksi

selanjutnya. Seperti yang tertulis pada buku acuan Tahanan dan Propulsi Kapal,

halaman 130 rumus untuk mencari ∆ LCB sebagai berikut :

∆ LCB = LCB - LCBstdandar (LCB dalam %)

Gambar II.7.2.2. Koreksi koefisien tahanan sisa untuk LCB 1% di depan standar



Diagram diatas adalah diagram untuk mencari nilai d103Cr/dLCB , yang

nantinya akan digunakan juga untuk koreksi dari tahanan sisa.

Setelah semua data-data yang diperlukan seperti CR, ∆ LCB, dan

d103CR/dLCB telah didapat, sekarang tinggal memasukkannya pada rumus dibawah

ini :

103CR = 103CR (standar) + (d103CR/dLCB) x| ∆LCB| (2-9)

II.1.7.3. Anggota Badan Kapal

Dalam hal ini yang perlu dikoreksi adalah boss baling-baling, Nilai CR

dinaikkan sebesar 3%-5%, dalam perhitungan ini diambil 5%. Untuk anggota badan

kapal yang lain seperti daun kemudi, tidak ada koreksi, bentuk standar sudah

mencakup daun kemudi.

II.1.8. Tahanan Tambahan

Meskipun sebelumnya telah terdapat koreksi CF, tapi koreksi tersebut belum

termasuk dalam koreksi kekasaran permukaan kapal. Karena mengingat bahwa

permukaan kapal tidak semulus dengan permukaan model. Koefisien penambahan

tahanan untuk korelasi model kapal umumnya ditentukan dengan berbagai macam bentuk

koreksi, ada yang menetapkan langsung dengan harga CA = 4, dan ada juga yang

tergantung dari panjang kapal yang dirancang. Kali ini buku acuan Tahanan dan Propulsi

Kapal menganjurkan untuk mengoreksi dengan mengacu dari displasmen kapal yang

dirancang, karena beberapa pihak berpendapat bahwa koreksi yang dirancang sesuai

acuan displasmen kapal lebih sesuai. Berikut dibawah ini nilai CA yang diberikan sesuai

dengan acuan dari displasmen kapal :

Displasmen Kapal CA

1.000 t 0.6 x 10-3

10.000 t 0.4 x 10-3

100.000 t 0

1.000.000 t -0.6 x 10-3

Berhubung nilai dari displasmen kapal yang dirancang kali ini berada pada antara

1.000 t – 10.000 t, maka harus dilakukan interpolasi. Sehingga nanti akan didapatkan nilai

CA yang tepat.

II.1.9. Tahanan Udara

Besarnya tahanan udara umumnya tidak terlalu penting, dan upaya yang harus

dilakukan untuk mendapatkan hasil perhitungan yang tepat mungkin tidak memadai dengan

pentingnya pengaruh udara tersebut. Menurut buku acuan Tahanan dan Propulsi Kapal, jika

data mengenai angin dalam perancangan tidak diketahui maka disarankan untuk koreksi

tahanan udara sebagai berikut :

CAA = 0.00007 (2-10)



II.1.10. Tahanan Kemudi

Untuk nilai tahanan kemudi, dalam buku acuan Tahanan dan Propulsi Kapal

diberikan nilai sebagai berikut :

CAS = 0.00004 (2-11)

Tetapi sebenarnya nlai tahanan kemudi bisa diabaikan pada kapal yang stabil

dalam kondisi yang wajar. Memang terlihat koreksi diatas nilainya sangat kecil, karena

memang dalam perancangan awal, koreksi ini umumnya sudah tercakup dalam tahanan

tambahan.

II.1.11. Tahanan Total Kapal

Untuk menghitung tahanan total kapal, maka harus dijumlahkan dulu semua

koefisien-koefisien yang tadi sudah dicari dan juga sudah didapatkan. Untuk nilai Koefisien

total adalah sebagai berikut :

CT = CF + CR + CA + CAS + CAA (2-12)

Setelah nilai koefisien total didapatkan, maka selanjutnya bisa dihitung nilai dari

tahanan total kapal sebagai berikut :

RT = CT (12 𝜌𝑉2𝑆) (2-13)

RT dinas = (1+15%) x RT (2-14)

Berikut dibawah ini adalah detail perhitungan yang telah dikerjakan sesuai dengan

tahapan-tahapan yang ada :



DATA KAPAL

Tipe Kapal : General Cargo Principal Dimension :

ρ air laut = 1.025

Lpp 92.75 m

Lwl 95.53 m

B 13.8 m

H 7.4 m

T 5.74 m

Cb 0.69

Vs

13 knot

6.69 m/s

CbWl 0.68

Radius 1694 NM

1 Volume Displasmen (▼)

▼ = CbWl x Lwl x B x T

(2-1)

= 5145.34 m3

2 Berat Displasmen (▲)

▲ = ▼ x ρ air laut

(2-3)

= 5273.97 ton

3 Luas permukaan Basah (s)

S = 1.025 lpp (Cb x B + 1.7 T)

(2-4)

= 1832.93 m2

(Harvald 5.5.31, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 133)

MENGHITUNG BILANGAN FROUDE

Rumus : Fn = (Edward V, Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 58)

Note = Semakin besar angka froud number maka semakin besar kecepatan kapal

Diketahui :

Vs

13 knot

6.69 m/s

g 9.8 m/s2

Jadi :

Fn =

(2-5)

= 0.218573951

gLwl

v

gLwl

v



MENGHITUNG BILANGAN REYNOLD

Rumus : Rn =

(Edwar V, Lewis. Principles of Naval Architecture. Hal 58)

Dimana Vk adalah Koefisien Viskositas Kinematik yang bernilai = 1.18831E-06

pada suhu 30o C

Rn =

(2-6)

= 537639730.5

MENGHITUNG TAHANAN KAPAL

TAHANAN GESEK (FRICTION COEFFICIENT)

Cf =

(2-7)

= 0.001655647

(Harvald 5.5.31, Tahanan dan Propulsi Kapal, hal 118)

TAHANAN SISA (Cr) DARI DIAGRAM

= 5.533523226

Dimana koefisien prismatiknya (φ) adalah = CB/β

β = (0.08 x CB) + 0.93

= 0.9852

Jadi nilai koefisien prismatiknya (φ) diperoleh:

φ = CB/β

= 0.70

Tahanan sisa (Cr) dapat dicari pada diagram Guldhammer-Harvald hal 120-128,

tentunya dengan data-data yang sudah diketahui sebelumnya

103CR karna nilai dari adalah 5.533523, maka nilai

dari 103CR1 = 0.979943 didapat dari interpolasi :

1 5.5 0.99 5.533523 y (y-y1)/(y2-y1) = (x-x1)/(x2-x1)

2 6 0.84

(y-y1) = (x-x1)*(y2-y1)/(x2-x1)

x y

y = ((x-x1)*(y2-y1)/(x2-x1)) + y1

y = 0.979943

kv

Lwlv

kv

Lwlv

2)2(log

075,0

Rn



*Koreksi Koefisien Tahanan Sisa Kapal (Cr)

a. Bentuk badan kapal

Karena bentuk badan kapal standar, dimana letak titik benamnya standar, harga B/T nya standar, bentuk penampangnya normal, maka tidak ada koreksi.

b. Rasio B/T

Karena diagram tersebut dibuat mengharuskan Lebar (B) dibagi Sarat (T) sama dengan 2.5, maka harga Cr untuk kapal yang mempunyai perbandingan B/T lebih besar atau lebih kecil dari 2.5, harus dikoreksi. Sesuai pada buku TAHANAN DAN PROPULSI KAPAL SV. AA HARVALD hal 119, rumusnya sebagai berikut :

B/T =

2.404181185

Rumus koreksi

103CR2 = 103CR1 + 0.16(B/T - 2.5)

(2-8)

103CR2 = 0.96461203

CR2 = 0.000964612

c. Adanya penyimpangan LCB

LCB dari Tugas Rencana Garis adalah :

e% = 0.90% didepan midship

Ldisp = 94.14 m

e% x Ldisp = 0.84726 m

Penentuan LCB standar dalam % dengan acuan grafik LCB standar, buku TAHANAN

DAN PROPULSI KAPAL hal.130, gambar 5.5.15

LCBstd = 0.13% dibelakang midship 0.122382 m

Karena letak dari LCB di depan LCBstd maka harus dilakukan koreksi sebagai berikut :

∆ LCB = LCB - LCBstd

= 0.77%

(d103Cr/dLCB)= 0.1 didapat dari diagram 5.5.15 (HARVALD)

103Cr3 = 103Cr(standart) + (d103Cr/dLCB)x∆LCB (2-9)

103Cr3 = 0.001734612

Cr3 = 1.73461E-06

d. Anggota badan kapal

Dalam hal ini yang perlu dikoreksi adalah boss baling-baling, Cr dinaikkan sebesar 3%-5%,

Crtotal = (1+5%) x Cr3

= 1.82134E-06

HARVALD, TAHANAN DAN PROPULSI KAPAL, hal.132



TAHANAN TAMBAHAN

Sebelumnya telah diperoleh Berat Displasmen kapal sebesar = 5273.97 ton

Dengan menginterpolasi data displasmen pada buku HARVALD,TAHANAN DAN PROPULSI KAPAL, hal 132 maka didapat tahanan tambahansebagai berikut :

Interpolasi Ca

No

x y

Displasmen Ca

1 1000 0.0006

2 5273.97 Ca

3 10000 0.0004

Dengan interpolasi maka diperoleh nilai Ca :

(y2-y1)/(y3-y1) = (x2-x1)/(x3-x1)

(y2-y1) = (x2-x1)*(y3-y1)/(x3-x1)

y2 = ((x2-x1)*(y3-y1)/(x3-x1)) + y1

y2 = 0.000505023

Ca

TAHANAN UDARA

Karena data mengenai angin dalam perancangan kapal tidak diketahui maka disarankan untuk mengoreksi koefisien tahanan udara (HARVALD 5.5.26 hal 132)

Caa = 0.00007

(2-10)

TAHANAN KEMUDI

Untuk koreksi tahanan kemudi (HARVALD 5.5.27 hal 132), mungkin sekitar :

Cas = 0.00004

(2-11)

TAHANAN TOTAL KAPAL

Koefisien tahanan total kapal atau Ct, diperoleh dengan menjumlahkan seluruh koefisien-koefisien tahanan kapal yang ada :

CT = CF + CR + CA + CAS + CAA

(2-12)

= 0.002272491

RT = CT x 0.5 x ρairlaut x Vs2 x S

(2-13)

= 95.47804961 kN

Rtdinas = (1+15%) x Rttotal

(2-14)

= 109.7997571 kN





II.2. Perhitungan Kebutuhan Power Motor

II.2.1. Menghitung Daya Efektif Kapal (EHP)

Daya Efektif Kapal atau EHP adalah daya yang diperlukan untuk menggerakkan suatu

kapal di air, baik berupa dorongan maupun tarikan dengan kecepatan v. Perhitungan EHP menurut

buku “Tahanan dan Propulsi Kapal, Harvald hal.135” sebagai berikut :

EHP = Rtdinas x Vs = 711.6974032 kW

= 967.6375298 HP

II.2.2. Menghitung Daya Pada Tabung Poros Buritan Baling-Baling (DHP)

DHP adalah daya yang diserap oleh propeller dari sistem perporosan atau daya yang

dihantarkan oleh sistem perporosan ke propeller untuk diubah menjadi daya dorong (thrust).

Berikut tahap perhitungannya :

DHP = EHP/Pc Dimana nilai Pc = ηH x ηrr x ηo

Jadi terlebih dahulu mencari data-data yang belum diketahui nilainya.

Efisiensi Lambung (ηH)

ηH = (1-t)/(1-w)

Menghitung Wake Friction (w)

Wake Friction atau arus ikut, merupakan perbandingan antara kecepatan

kapal dengan kecepatan air yang menuju propeller. Dengan menggunakan

rumus yang didapat dari buku “Resistance, Propulsion and Steering of

Ships, Van Lammeren, hal.178”, maka :

w = 0.5Cb - 0.05

= 0.295

Menghitung Thrust Deduction Factor (t)

Nilai t dapat dicari dari nilai w yang telah dicari sebelumnya, berikut rumus

untuk mencari nilai t :

t = k.w Nilai k diambil antara 0.7-0.9 dan disini

= 0.9 x 0.295 diambil nilai k = 0.9

= 0.2655 (Principal of Naval Architecture hal.158 )

Jadi didapat nilai ηH yaitu :



ηH = (1-t)/(1-w)

= 1.041843972

Efisiensi Relatif Rotatif (ηrr)

Nilai ηrr pada buku “Principal of Naval Architecture hal.152” untuk kapal dengan

propeller tipe single screw berkisar 1.0 – 1.1 pada perancangan propeller dan

tabung poros propeller ini diambil nilai :

ηrr = 1.05

Efisiensi Propulsi (ηo)

Adalah open water efficiency yaitu efisiensi dari propeller pada saat dilakukan open

water test. Nilainya antara 40%-70%, dan diambil :

(ηo) = 50%

Coefisien Propulsive (Pc)

Pc = ηH x ηrr x ηo

= 0.55

Maka daya pada tabung poros baling-baling dihitung dari perbandingan antara daya efektif

dengan coeffisincy propulsive, yaitu :

DHP = EHP/Pc

= 1769.09

II.2.3. Menghitung Daya Pada Poros Baling-Baling (SHP)

Untuk kapal yang kamar mesinnya terletak dibagian belakang akan mengalami losses

sebesar 2%, sedangkan pada kapal yang kamar mesinnya pada daerah midship kapal mengalami

losses sebesar 3%. Pada perenacanaan ini, kamar mesin terletak dibagian belakang, sehingga :

SHP = DHP/ηsηb = 1805.20 HP bekerja 98% (losses 2%)

= 1327.72 kW

II.2.4. Menghitung Daya Penggerak Utama Yang Diperlukan

BHPscr

Diperkirakan rpm yang dimiliki oleh mesin yang nantinya akan dipilih adalah lebih

240 rpm, maka diperlukan gearbox/reduction gear, sehingga ηG = 0,98

BHPscr = SHP/ηG = 1842.04 HP

= 1354.82 kW



BHPmcr

Daya keluaran pada kondisi maksimum dari motor induk, menggunakan engine

margin sebesar 15%-20%. Pada perhitungan kali ini BHPscr diambil = 85%, jadi :

BHPmcr = BHPscr/0.85

= 2167.10 HP

= 1593.90 kW

II.2.5. Pemilihan Motor Induk dan Gearbox



II.3. Pemilihan Daun Propeller

II.4. Perhitungan Resiko Cavitasi

II.5. Engine Propeller Matching

II.6. Penetapan Pemilihan Motor Induk, Gearbox, dan Tipe Propeller



BAB III

PERHITUNGAN POROS DAN BANTALAN POROS

III.1. Perhiyungan Poros Propeller

III.2. Perhitungan Poros Antara (Jika Ada)

III.3. Perencanaan Konis Poros Propeller

III.4. Perencanaan Spie Poros Propeller

III.5. Perencanaan Flens Poros

III.6. Perencanaan Mur Pengikat Poros Lain (Jika Ada)



BAB IV

PERHITUNGAN STERN TUBE

IV.1. Perencanaan Stern-post dan AP-bulkhead

IV.2. Perencanaan Tabung Poros (Stern-tube)

IV.3. Perencanaan Bantalan Poros Depan

IV.4. Perencanaan Bantalan Poros Belakang

IV.5. Perencanaan Rumah Bantalan

IV.6.Perencanaan Sistem Kekedapan Stern-tube

IV.7. Perencanaan Rope-guard

IV.8. Perencanaan Sistem Pelumasan Bantalan

Documents

Laporan Desain II