-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 49
METODOLOGI APLIKASI AZIMUTH PROPELLER PADA KAPAL KMP.SULTAN
MURHUM BERDASARKAN KEMAMPUAN MANUVER
KAPAL
Aulia Windyandari1 1)
Email: Program Studi Diploma Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik,
Universitas Diponegoro
[email protected]
Abstrak
Sistem propulsi atau penggerak merupakan sistem yang sangat
berperan dalam kemampuan gerak suatu kapal. Pada 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. Kondisi sarat kapal juga berpengaruh terhadap
maneuvering kapal, dari data hasil pengujian menunjukkan bahwa pada
dengan kondisi sarat yang lain menghasilkan manuver kapal berbeda.
Strategi pengendalian maneuver merupakan hal yang sangat penting
dalam sistem navigasi kapal untuk pencapaian target yang telah
ditentukan menurut standar IMO. Simulasi perhitungan dan gerak
kapal menggunakan Matlab dilakukan untuk mengetahui analisa
kemampuan maneuver kapal yang diteliti. Artikel ini difokuskan pada
metodologi kemampuan manuver kapal dengan menggunakan Azimuth
Podded Propeller yang diaplikasikan pada kapal KMP. Sultan Murhum,
khususnya akibat yang ditimbulkannya.
Kata kunci: Azimuth Podded Propeller, Propulsion System,
Manuevering
1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sistem propulsi atau
penggerak merupakan sistem yang sangat berperan dalam kemampuan
gerak suatu kapal.Awal sejarah perkembangan tentang alat gerak
kapaltelah 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, [1], 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, [2]. 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 kapal-kapal dari segala
ukuran dan jenisnya, [3]. 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, [4]. 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 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
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 50
kemampuan olah gerak kapal yang telah nyata-nyata terbukti
menjadi lebih baik, [2]. 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
membahas tentang pengaruh jenis propulsi azimuth podded. 1.2.
Masalah Kemampuan Maneuver kapal sangat diperlukan pada saat
beroperasi diperairan terutama disaat masuk dan keluar
pelabuhan/dermaga. Kemampuan maneuver kapal ini ditentukan oleh
performance daun kemudi,kondisi laut dan bentuk kapal itu sendiri.
KMP Sultan Murhum suatu jenis kapal Ferry yang telah beroperasi
beberapa waktu yang lalu memperlihatkan hasil maneuvering yang
tidak optimal terutama dalam kondisi laut yang bergelombang. Hal
ini berdampak terhadap durasi dan waktu operasional kapal bertambah
dan akan berdampak biaya operasional akan bertambah ( operation
cost of ships). Untuk mengatasi hal ini maka diperlukan sentuhan
teknologi (technology toushed) yang berkaitan dengan maneuvering
kapal tersebut. Dari referensi literature yang ada dan aplikasi
teknologi terhadap penggunaan Azimuth Podded propeler terhadap
berbagai jenis/type menunjukkan bahwa performance Maneuvering kapal
lebih effektiF dan optimal bila menggunakan alat tersebut, karena
disamping berfungsi sebagai alat penggerak kapal juga untuk
maneuvering kapal, yang mana studi kasus pada kapal KMP. Sultan
Murhum yang sedang perbaikan di 1.3. Batasan masalah Ruang lingkup
penelitian ini lebih fokus pada maneuvering kapal, yang meliputi ;
a. Jenis propeller yang digunakan sebagai
pembanding adalah , type propeller konvensiona.
b. Kemampuan maneuvering yang dianalisa
adalah, Turning circle dan Zig-zag maneuver.
1.4. Tujuan Langkah utama penelitian ini bertujuan
sebagai berikut ; a. Untuk mengetahui kemampuan maneuver
kapal bila menggunakan jenis propulsor Azimuth podded
b. Menerangkan perbedaan esensial yang mendasar antara jenis
propulsor Azimuth podded.
1.5. Manfaat Beberapa manfaat yang dapat diambil dari penelitian
ini adalah ; a. Memberikan pemahaman atau pengetahuan
baru terkait jenis propulsor yakni azimuth podded.
b. Menambah pengetahuan mengenai pengaruh jenis propulsor
terhadap kemampuan maneuver kapal.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Standar Maneuverability Prosedur yang
digunakan dalam maneuvering sebuah kapal, 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 :
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 51
a. Zig zag maneuver dengan sudut kemudi 10 derajat/10 derajat
dilaksanakan dengan prosedur sebagai berikut : Setelah tercapai
steady approach dengan
percepatan yawingsama 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 zig- zag 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. Untuk 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 saatspeed test. IMO telah merekomendasikan
beberapa
kriteria standar untuk manuverabilitas kapal.
Generators
Switchboard
Propulsion Transformers
Variable Speed Propulsion Drives
Propulsion Control & Automation
Azipod Propulsion
Gambar 1. Instalasi sistem azipod propulsion
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 52
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). Gambar
2.Turning cycle maneuver(Sumber: IMO
Resolusi MSC 137 (76) 2002) 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).
Gambar 3.Zig-zagManeuver (Sumber : IMO Resolusi MSC 137 (76)
2002)
Standar pengujian yang diperlukan dalam manuver kapal
disyaratkan dalam IMOResolusi MSC 137 (76) (2002) antara lain
Turning cycle test, mulai dari gerak lurus dengan laju konstan,
rudder dihidupkan dengan kecepatan maksimum ke sudut (sudut kemudi
maksimum) dan tetap pada sudut tersebut, sampai kapal telah
melakukan turning oo0gcycle paling kurang 540
Turning Cycle Test.
o
Beberapa parameter yang digunakan untuk mendefenisikan kinerja
kapal pada saat berputar adalah:
. percobaan dilakukan untuk bagian port dan starboard. Informasi
penting yang diperoleh dari manuver tersebut umumnya dengan
menggunakan GPS yang terdiri atas (Gambar 1):
Drift angel (sudut drift), adalah sudut antara haluan kapal dan
arah gerakan. Sudut tersebut bervariasi sepanjang kapal.
Advance, 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.
The diameter of the steady turning circle, diameter dari
lingkaran yang terus-menerus 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
Turning cycle manuver harus dilakukan pada kedua bagian sisi
kapal dengan 30
, dimana adalah volume displacement.
o
Sebuah tes zig-zag harus dimulai untuk kedua bagian star board
dan port dan dengan menerapkan sudut kemudi.
atau sudut maksimum kemudi yang diperbolehkan pada tes
kecepatan.Informasi penting yang akan diperoleh dari manuver ini
adalah tactical diameter, advance, and transfer.
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 53
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. Dua jenis tes zig-zag standar, yaitu
10o/10o
dan 20o/20o. Tes zig-zag 10o/10o menggunakan sudut kemudi 10o
pada kedua sisi dengan heading 10o. Sedangkan tes zig-zag 20o/20o
menggunakan sudut kemudi 20o pada heading 20oInformasi penting yang
akan diperolah dari tes ini adalah sudut over shoot, waktu
perubahan awal ke execute kedua dan waktu untuk memeriksa yaw.
Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel 1.
.
2.2. 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, moto
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. [5]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.
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,r dan unit
penggerak elektrik, secara langsung digerakkan oleh dua set mesin
diesel kecepatan medium dengan cara mengurangi gigi persneling
dengan kopling dan poros antara.Selama percepatan, po unit memiliki
torsi yang cukup bahkan pada kecepatan rendah dengan keutamaan
motor elektrik dan mudah dalam mempercepatnya ke kecepatan
tinggi.
[6]
Pada mode maneuvering, operator dapat memilih kombinasi yang
baik pada variasi lebar atau luas baling-baling utama dan
keseimbangan daya pod baling-baling.[6].
Penggunaan propulsi motor listrik mulai dari 5 sampai dengan 25
MWatt, menggantikan
Ability Test Criteria
Turning ability Turning test with max. Rudder Angle (35
deg.)
Advance
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 54
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.Ada tiga topic
utama dalam podded propulsion yaitu fixed pod, azimuth pod ,[7],
dan Contra Rotating Propeller. [8]
Gambar 4. Komponen-komponen propulsi Azimuth Podded
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 (3) menunjukkan
perbandingan antara susunan sistem propulsi propeller-rudder
konvensional dan sistem podded propulsion.
Gambar 5a. Sistem propulsi konvensional
Gambar 5b. Sistem podded propulsion 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 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
Dalam menentukan koreksi drag pada pod digunakan persamaan
berikut:
pada sumbuvertikal serta torsi-kecepatan putar yang sangat
fleksibel dan mudah dikontrol.[10].
Generators
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 55
RPOD = RBODY + RSTRUT + RINT + RLIFTdimana, R
(1) BODY, RSTRUT, RINT dan RLIFT
Untuk menghitung masing-masing komponen tahanan, digunakan
rumus:
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.
Tabel 2. Standar Manuverabilitas Kapal oleh IMO (Resolusi MSC
137 (76) 2002)
Dimana ;
M X, Y, Z
a. R
- components of the hydrodynamic moment on the pod
= (1 + ) 12 2 ............(2) = 1,5 32 + 7
3..................(3)
BODY
dimana, S = luas bidang basah pod body (m2
L = panjang pod (m) )
D = diameter pod (m) Cf = massa jenis air laut (kg/m
= koefisien tahanan gesek 3
V = kecepatan kapal (m/s)
2
)
b. R = (1 + ) 12 2 .........(4) STRUT = 2 + 60()4......(5)
dimana, s
c. R
adalah ratio ketebakan rata-rata dari strut dan S adalah luang
bidang basah strut.
= 12 22 .......................(6) INT
= 17 2 0,05....(7)
Performance Characteristics Data Reduction Equation
J propeller advance coefficient V A/ n D
KT propeller thrust coefficient T / n2D
10K
4
Q 10Q/n propeller torque coefficient 2D
KF
5
X F unit thrust coefficient, or Longitudinal force
coefficient,
X/ n2D
KF
4
Y F transverse force coefficient Y/ n2DKF
4
Z F vertical force coefficient Z/ n2DKM
4
X M moment coefficient around x axis X/ n2DKM
5
Y M moment coefficient around y axis Y/ n2DKM
5
Z
M
moment coefficient around z axis (steering moment)
Z/ n2D5
water density VA
D propeller diameter
- propeller advance speed, in the direction of carriage
motion
n propeller rotational speed T propeller thrust F X, Y, Z
Q propeller torque
- components of the hydrodynamic force on the pod
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 56
dimana, troot adalah ketebalan maksimum pada strut root and
Croot adalah panjang penghubung pada setiap bagian. CROUND
a dalah faktor koreksi untuk berbagai fairing dan
nilainyaberkisar dari 0,6sampai 1,0.
2.3. 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.
Gambar 5.Pod-strut geometry
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). Persamaan matematika gerak
manuver kapal tersebut dapat diekspresikan sesuai sistem koordinat
pada Gambar 7. X = m( ) Y=m( ) (8) N = Izz + xGY 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 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+XPY =
Y
H+YR+YP
N = N (9)
H+NR+NP
Dimana, H, P dan R adalah sebagai elemen lambung (hull),
baling-baling (propeller), dan daun kemudi (rudder).
Gambar 6. Sistem koordinat kapal (Sumber: Practical Ship
Hydrodynamics)
2.4. Gaya dan momen yang ditimbulkan
lambung Persamaan gaya dan momen yang ditimbulkan lambung (XH,
YH dan NH
X
) pada prinsipnya adalah sebuah pendekatan dari regresi
polynomial dan r. Selanjutnya koefisien dari persamaan tersebut
dapat diistilahkan sebagai koefisien turunan hidrodinamika,
persamaan tersebut dapat dinyatakan dengan (Persamaan 10 ) di bawah
ini.
H
Y
= 12 Ld 2 0 + .2 +
. + 2 +
.4 H =
12 Ld 2 . + + ). + .3 +
vru urv +
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 57
.2 + .. 2 + 3
NH
xm
= 12 Ld 2 0 + .2 +.+2+.4
(10) dimana :
, ym : penambahan berat kapal (added mass) : sudut belok kapal
(drift angle)
'r : perubahan sudut putar kapal per detik (turning rate) tanpa
dimensi
Selanjutnya komponen dan 'r dapat
diekspresikan dalam persamaan:
= tan-1(v/u) dan 'r = r(L/U)
2.5. 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:
PX = KT n2 Dp4 PY = 0 (11)
PN = 0
dimana:
TK = Jp2 PJ = VanDp
dimana: = /(1-t)(1-w)2D2 Va = kecepatan air masuk (speed of
advance)
pt = koefisien pengurangan gaya dorong n= putaran propeller
PD = diameter propeller TK = koefisien gaya dorong propeller Pw
= koefisien fraksi arus ikut propeller efektif PJ = koefisien angka
maju
Selanjutnya gaya dan momen pada daun kemudi (
RX , RY dan RN ) dapat dirumuskan sebagai berikut:
RX = -(1- Rt ) NF sin RY = -(1+ Ha ) NF cos (12)
RN = -( Rx + Ha Hx ) NF cos
Propulsion / Manoeuvering System Propeller
Konvensional dan Kemudi
(2x2)
Propeller & High Lift Rudder
(2x1)
Propeller Cycloidal
(2x1) Z-Drive
(2x2)
Karakoy arrival & departure
B A A A
Station Keeping in Bosphorus
C B A B
Crash Stopping B B A A Acceleration A A B B Break down of
Forward Unit
A B B A
Directional Stability A A C C Turning Radius C B A B
Tabel 3.Karakteristik umum maneuvering feasibility dari studi
kasus double ended passenger ferry rute Karakoy-Kadikoy [12] (A:
Baik, B: Rata-rata, C: Buruk)
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 58
}
dimana: = sudut kemiringan daun kemudi
Rx = kedudukan posisi daun kemudi (=-L/2) pt , Rt , Ha dan Hx =
sejumlah koefisien gaya
interaksi lambung, propeller dan daun kemudi. Gaya yang
dihasilkan daun kemudi dapat dirumuskan sebagai berikut:
NF = 21
RA af2RU sin R (13)
dimana:
RA = luasan daun kemudi af = koefisien gaya angkat daun
kemudi, koefisien tersebut didefinisikan sebagai fungsi dari
perbandingan chord dan span daun kemudi ( )
af =6,13 /(2,25+ ) (14)
RU dan R = kecepatan masuk aliran fluida pada daun kemudi dan
sudut kemiringan daun kemudi. Hubungan tersebut dapat dirumuskan
sebagai berikut:
RU = 22RR vu +
R = tan-1
R
R
uv
(15) dimana:
Ru = (1-w)u
( )( ){ } ( ) +++ 11/811 22JKku T (16)
Rv = ( )RR rlv ,k, R dan Rl adalah sejumlah parameter kecepatan
fluida yang melewati daun kemudi. 1-w dan adalah fraksi arus ikut
propeller efektif dan
efisiensi efektif propeller HDP / adalah harga perbandingan
diameter propeller dan tinggi daun kemudi. Azimuth Podded
(Azipod)
Persamaan matematika gerak manuverkapal dengan propulsi azimuth
poddeddapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
X = HX + PX XR= 0 Y = HY + PY YR = 0 (17) N = HN + PN NR = 0
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. Susunan thruster 2x2
(gambar 6.a), [12]. T1pCos 1p + T2pCos 2p+ T1sCos 1s + T2sCos 2s =
X Xp T1pSin 1p + T2pSin 2p+ T1sSin 1s + T2sSin 2s = Y Yp (18)
(T1pSin 1pL) (T2pSin2p L) (T1sSin 1sL) (T2sSin 2sL) (T1p Cos 1pb)
(T2p Cos 2pb) + (T1s Cos 1sb) + (T2s Cos 2sb) = N Np Dari persamaan
(20) diatas, dapat ditentukan susunan thruster 1x2 (gambar 6.b)
sebagai berikut: T2pCos 2p+ T2sCos 2s = X Xp T2pSin 2p+ T2sSin 2s =
Y Yp (19) (T2pSin2p L) (T2sSin 2sL) (T2p Cos 2pb) + (T2s Cos 2sb) =
N Np Pada solusi gayathruster, gaya longitudinal dari thruster
bagian depan diasumsikan mengambil 40% dari gaya X. Selanjutnya
gaya dan momen pada pod-propeller dapat dirumuskan: Xpod = -(1 tp)
Yp Sin Ypod = -Yp Cos Ypod = -(xp + xH) Yp Cos dimana, : = sudut
kemiringan propeller xp= kedudukan posisi propeller (-L/2) tP dan
xH= sejumlah koefisien gaya interaksi lambung dan propeller.
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 59
2.6. Koefisien Hidrodinamika Menurut Yoshimura dan Ning Ma
(2003),
Adapun prediksi sejumlah koefisienturunan hidrodinamika gerak
manuver kapal dilakukan berdasarkan metode semi-empirikal, sebagai
berikut: Xo = koefisien tahanan kapal,
'X = -0.35 + 0.8( Bdem / ) yr mX '' = {-0.46 + 2.5( Bdem / )} 'm
(20)
rrX ' = 0.03 0.09 ' 'X = 2.7 6.0( Bdem / )
dan, emd = draught + false keel deepth 'Y =
'0Y (1 + 0.6 2' )
0'Y = 0.5k + 1.4Cb/(L/B) xr mY '' = 0)''( xr mY (0.4 + 1.8
2' ) 0)''( xr mY = 0.5 Cb/(L/B)
'Y = 1.2 (21) rY ' = -0.5 + 1.4 '
rrY ' = 0.34 + 0.26 '
rrrY ' = -0.04 + 0.055 '
dimana, ' = trim/ emd 'N = 0'N (1 0.9 ' )
0'N = k rN ' = 0'rN 0'rN = -0.54k +
2k (22) 'N = 0.3
rN ' = -0.33 0.3 '
rrN ' = 0.01 + 0.02 ' rrrN ' = -0.02 '
k = 2 Ldem / , k (lateral aspect ratio of ship) 3. METODOLOGI
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian. Adapun tempat dan waktu
penelitian dilakukan sebagai berikut : a. Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan pada kapal KMP.SULTAN MURHUM yang beberapa
waktu yang lalu direparasi di PT. IKI Makassar.
b. Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan 1 bulan.
Gambar 7. (a) Sistem propulsi 2x2, (b) Sistem propulsi 1x2
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 60
3.2. Jenis Data dan Teknik Pengambilan Data a. 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. b. Data sekunder / tidak langsung,
yaitu data yang diperoleh melalui bahan-bahan tertulis dari sumber
data, atau informasi lainnya yang erat kaitannya dengan penelitian.
Data tahanan kapal menggunakan propulsi Azimuth Podded, yang
memiliki perhitungan tambahan strut-pod geometry, maka diperoleh
hasil perhitungan parameter ukuran utama kapal dan koefisien
turunan hidrodinamika. 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 dit. Performa Kapal pada Turning Circle
Maneuver Test dengan Sudut Kemiringan Rudder yang diteliti pada
kondisi even keel dan kondisi trim. Selain ituitu simulasi juga
dilakukanuntuk mengetahui pengaruh jenis propulsi kapal terhadap
performa turning circle test dan zig-zag manuver test yang
selanjutnya ditarik suatu kesiampulan setelah dilakukan koreksi
data perhitungan. Untuk lebih jelasnya kerangka pemikikiran
tersebut dapat dilihat pada flowchart penelitian gambar 8.
Mulai
Analisa Permasalahan
Memenuhi
Studi Literatur
Pengumpulan Data
Pengolahan Data
Perhitungan Tahanan
Analisa
Koreksi
Kesimpulan & Saran
Selesai
a.Kemampuan Olah Gerak b.Azimuth Podded
a.Mempelajari Propulsi Azimuth Podded b.Mempelajari perhitungan
tahanan/propulsi a.Data Dimensi Kapal b.Data Spesifikasi
Propulsi
Gambar 8. Flowchart kerangka pemikiran penelitian
-
KAPAL- Vol. 11, No.2 Juni 2014 61
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anonim, Ship Hydrodynamics, Lecture Notes
of Propulsion Part, 1978. [2] Anonim, Buletin IMarE Edisi ke-38,
Juli
2008, hal.4-5 (Sumber: MER, Edisi April 2008 HR), 2008
[3] Eko Julianto Sasono, PemakaianBaling-Baling BebasPutar (Free
Rotating Propeller) pada Kapal. TEKNIK Vol. 30 No. 2 Tahun 2009,
ISSN 0852-1697 , 2009.
[4] Victor M.Moreno and Alberto Pigazo, Future trends in
electric propulsion systems for commercial vessels, Journal of
Maritime Research. p.84, 2007.
[5] Anonim, National Maritime Research Institute, Science of
Ships and the Sea vol.4, 2004, p.42-45
[6] Naoki Ueda; Hajime Numaguchi, (AP4):The First Hybrid CRP-POD
Driven Fast ROPAX Ferry in the World, 2005.
[7] Nicod, J.P. and Simon, P. A. Step ahead in
electric propulsion with Mermaid. Proceedings of the All
Electric Ship Conference AES98), pp.43-47, 1998
[8] Pakaste, R., Laukia, R., Wihemson, M. and Kuus koski, J.
Experiences of Azipod Propulsion systems on board merchant vessels.
Proceedings of the All Electric Ship Conference(AES98) ,
pp.223-227, 1998.
[9] Mohammed F. Islam, Brian Veitch, and Pengfei Liu.
Experimental research on marine poddedpropulsors. Journal of Naval
Architecture and Marine Engineering : hal.58, (2007).
[10] Rommel Pakolo. Pengaruh Luas Daun Kemudi terhadap
Maneuvering KMP.Sultan Murhum, (2011).
[12] Insel, M & Helvacioglu, I.H .Manoeuvrability Analisys
of Double Ended Ferries in Preliminary Design.2007
[13] Hasbullah, Mansyur. Hybrid Contra Rotary Propeller (CRP)
Azimuth POD sebagai Alat Propulsi Kapal yang Efektif dan
Menguntungkan di Masa Datang.
2011.