studi analisis kinerja mesin propulsi penggerak kapal

STUDI ANALISIS KINERJA MESIN PROPULSI PENGGERAK KAPAL HIDROFOIL DENGAN SISTEM MESIN AIR BREATHING DERIVATIVE

GAS TURBINE DAN WATER JET PROPULSION.

Mohammad Ridho

Departemen Teknik Mesin, Program Studi Teknik Perkapalan, Universitas Indonesia, Depok 16424

Email: [email protected] dan [email protected]

Abstrak

Sebuah kapal hydrofoil dengan kecepatan tinggi diperlukan untuk menjadi alat transportasi terkini sebagai sarana transportasi penumpang antar pulau. Ketika kapal meningkatkan kecepatannya, hydrofoil memproduksi gaya angkat sehingga lambungnya terangkat dan keluar dari air dan menyebabkan pengurangan gesekan dan peningkatan dalam kecepatan. Skripsi ini membahas tentang analisis kinerja mesin propulsi kapal hidrofoil dengan menggunakan penggerak waterjet pada kapal hydrofoil dimulai dari perhitungan hambatan, pemilihan mesin penggerak, hingga pemilihan waterjet yang sesuai. Didapatkan dari data perhitungan bahwa main engine yang digunakan untuk menjadi mesin penggerak utama kapal adalah turbin gas yang memiliki daya 4000 kW dan putaran 14200 RPM. Sedangkan untuk pemilihan waterjet, yang digunakan adalah Waterjet dari Wartsilla dengan putaran maksimum 2000 RPM.

Kata kunci: hydrofoil, kinerja mesin, waterjet

ANALYSIS PERFORMANCE OF PROPOLSION ENGINE’S IN HYDROFOIL SHIP WITH AIR BREATHING DERIVATIVE GAS TURBINE AND WATER JET

PROPULSION SYSTEM.

Abstract

An hydrofoil ship with high speed needs to be the latest transportation vehicle on sea. When the ship increases the speed, the hydrofoil produce lift so that the hull of the ship is lifted out of the water and decreases the friction causes the increases of speed. This thesis explains the analysis performance of propulsion engine with the waterjet system as the propulsor starts with drag calculation, prime mover and waterjet selection. From the calculation data, it can be conclude that gas turbine with 4000 kW is the prime mover and waterjet with 2000 RPM maximum speed is the propulsor system.

Keywords: engine performance, hydrofoil, waterjet.

1. Pendahuluan

Indonesia sebagai negara berkembang pada dewasa ini yang mana lebih menitik-

beratkan pembangunannya pada sektor perindustrian dan perdegangan dengan dukungan dari

sektor- sektor lainnya. Namun dengan melihat keadaan geografis negara kita sebagian besar

terdiri dari lautan, maka salah satu sektor yang sangat menunjang pembangunan adalah

Studi analisis..., Mohammad Ridho, FT UI, 2015

angkutan laut. Dimana angkutan laut berfungsi menghubungkan antara pulau di Indonesia

yang dapat memperlancar proses pembangunan. Sehingga teknologi dalam hal ini mengenai

teknologi transportasi laut pun semakin perlu untuk dikembangkan.

Kapal hydrofoil adalah kapal dengan kemampuan dapat mengangkat lambung pada

kecepatan tertentu. Sebuah hydrofoil yang terpasang di area bawah lambung kapal berfungsi

memberi gaya angkat dinamis sehingga badan lambung kapal terangkat diatas permukaan

air. Alasan pemakaian dari hydrofoil adalah ketika lambung kapal mulai terangkat dari air

dan berat kapal akan ditopang oleh foil sehingga memperkecil luas hambatan yang terjadi

akibat gaya gesek antara lambung kapal yang tercelup dengan air, foil memberikan efek

meningkatkan gaya angkat pada kapal ketika kecepatan ditambahkan [1]. Selain itu

pemilihan mesin penggerak kapal merupakan salah satu faktor penting dalam mendesain

suatu sistem propulsi pada kapal. Langkah awal yaitu penentuan besarnya tahanan dan

propulsi kapal yang merupakan faktor terpenting dalam mendesain suatu kapal. Kapal yang

bergerak di air akan mengalami tahanan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak kapal.

Untuk melawan tahanan tersebut diperlukan suatu mekanisme penghasil daya dorong yang

efektif, sehingga kapal dapat bergerak maju. Adapun mekanisme penghasil gaya dorong itu

berupa mesin yang akan menyalurkan daya melalui poros untuk diteruskan ke propeller

sehingga nantinya akan menghasilkan daya dorong yang dapat menggerakkan kapal dan

melawan gaya tahanan yang dialami kapal [2].

Secara umum kapal yang bergerak di media air dengan kecepatan tertentu, maka akan

mengalami gaya hambat (resistance) yang berlawanan dengan arah gerak kapal tersebut.

Besarnya gaya hambat yang terjadi harus mampu diatasi oleh gaya dorong kapal (thrust)

yang dihasilkan dari kerja alat gerak kapal (propulsor). Daya yang disalurkan (PD) ke alat

gerak kapal adalah berasal dari Daya Poros (PS), sedangkan Daya Poros sendiri bersumber

dari Daya Rem (PB) yang merupakan daya luaran motor penggerak kapal [2]. Dengan

adanya tuntutan-tuntutan tersebut diatas, maka industri perkapalan Indonesia berupaya untuk

memenuhi kebutuhan tersebut. Dalam upaya memajukan teknologi industri perkapalan tentu

terdapat berbagai masalah yang memerlukan penelitian yang lebih mendalam. Salah satu

masalahnya yaitu penentuan besarnya tahanan dan propulsi kapal yang merupakan faktor

terpenting dalam mendesain suatu kapal. Kapal yang bergerak di air akan mengalami tahanan

yang arahnya berlawanan dengan arah gerak kapal. Untuk melawan tahanan tersebut


diperlukan suatu mekanisme penghasil daya dorong yang efektif, sehingga kapal dapat

bergerak maju. Adapun mekanisme penghasil gaya dorong itu berupa mesin yang akan

menyalurkan daya melalui poros untuk diteruskan ke propeller sehingga nantinya akan

menghasilkan daya dorong yang dapat menggerakkan kapal dan melawan gaya tahanan yang

dialami kapal.

Propulsi kapal dengan waterjet telah lama dikenal dan digunakan sebagai sistem

penggerak untuk berbagai jenis kapal, namun aplikasi secara luas masih terbentur pada

efficiency propulsive nya yang relatif rendah jika dibandingkan dengan sistem propulsi kapal

yang menggunakan propeller, terutama pada saat kecepatan kapal yang relatif rendah.

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Kapal Hidrofoil

Kapal Hydrofoil adalah sebuah kapal dengan bagian seperti sayap yang dipasang

pada penyangga dibawah lambung kapal sehingga memungkinkan kapal tersebut

terangkat lambungnya di kecepatan tertentu. Ketika kapal meningkatkan kecepatannya,

kapal hydrofoil menghasilkan gaya angkat sehingga lambungnya terangkat dan keluar dari

air. Hal ini akan menyebabkan pengurangan gesekan dan maka dari itu peningkatan pula

terhadap kecepatannya. Hydrofoil awal menggunakan sayap atau foil berbentuk – U.

hydrofoil jenis inidikenal dengan sebutan surface piercing karena sebagian dari hydrofoil

ini akan terangkat diatas permukaan air laut. Sedangkan hydrofoil modern menggunakan

foil berbentuk-T yang secara keseluruhannya berada dalam air. Pada prinsipnya hydrofoil

sama dengan kapal laut, hanya yang membedakkan adalah hydrofoil dapat meluncur

dengan cepat dan mempunyai sayap yang dapat mengangkat lambung kapal di kecepatan

tertentu ke atas air.

2.2 Perhitungan Hambatan

Hambatan kapal sendiri merupakan total dari beberapa komponen hambatan yaitu:

Hambatan gesek, hambatan gelombang, hambatan bentuk, hambatan tambahan. Untuk

dapat melakukan nilai perhitungan hambatan kapal, banyak dijumpai metode-metode

berbasis rumus empiris yang berdasarkan dari percobaan dan penelitian terdahulu. Salah

satu metode yang terkenal adalah metode yang dikembangkan oleh Holtrop dan Menmen

pada tahun 1978.


2.3 Siklus Pembangkitan Daya Termal

Pembangkitan daya thermal merupakan suatu siklus pembangkitan daya yang

dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Dengan kata lain pembangkitan daya thermal

adalah suatu jenis usaha konversi energi dari energi kimia bahan bakar menjadi energi

mekanik yang digunakan untuk daya penggerak utama maupun daya bantu (auxillary)

dari sebuah kapal. Untuk memenuhi kebutuhan daya dari kapal tersebut, maka

dirancanglah sistem pembangkitan daya yang sesuai dengan siklus pembangkitan daya

yang menggunakan siklus-siklus thermal yakni diantaranya : Siklus rankine, siklus

brayton, siklus kombinasi.

2.4 Pemilihan Main Engine

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus

gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun

ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya. Energi ditambahkan di arus gas

di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran

meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui

sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai

kompresor. Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan,

dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat

terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank. Turbin Gas terdiri dari beberapa

bagian yaitu kompresor, ruang pembakaran dan turbin. Bagian – bagian tersebut

kemudian terintegrasi dengan suatu sistem kerja yang secara garis besar digambarkan

pada gambar berikut:

2.5 Jenis – Jenis Alat Penggerak Kapal

Waterjet Propulsion System

Water jet memiliki komponen utama yang lebih kompleks jika dibandingkan

dengan komponen pada sistem propeller. Komponen-komponen tersebut terdiri dari

Reverse, Deflektor, Hand Hole, Screen, Inlet, Nozzle, dan Turbine pump. Inlet merupakan

jalan masuknya air yang dihisap oleh pompa turbin pada sistem waterjet. Pada Inlet ini


terdapat screen yang mencegah sampah atau benda lain masuk dan menghambat kerjanya

sistem. Pada bagian Inlet juga terhubung dengan tuas, apabila tuas atau handhooke ditarik

maka screen yang berada pada bagian bawah kapal akan seakan akan merontokkan

sampah atau kotoran tersebut. Setelah air terserap pada sistem, pompa akan bekerja

kembali untuk menambahkan energi pada aliran air dan kemudian menyalurkannya

menuju nozzle untuk dikeluarkan. Aliran yang dikeluarkan oleh noozle ini akan menjadi

daya pendorong untuk kapal. Berbeda dengan prinsip kerja penggerak propeller yang

mempercepat aliran air pada bagian luar, Prinsip kerja sistem penggerak water jet

mempercepat aliran air pada bagian dalam turbin. Ketika kapal berada pada kecepatan

tinggi, maka aliran air yang masuk melalui Inlet juga cepat hal ini dikarenakan Inlet

langsung terhubung dengan aliran air.

2.6 Sistem Propulsi pada Kapal Jetfoil

Pada kapal jetfoil, sistem propulsi yang di gunakan adalah sistem propulsi

waterjet. Sistem propulsi waterjet dipilih karena memberikan keuntungan pada

pengaplikasian saat keadaan hullborne maupun foilborne yang membutuhkan kecepatan

tinggi. Sistem propulsi waterjet memiliki beberapa komponen yang menunjang untuk

menciptakan daya dorong yang tinggi untuk kapal kecepatan tinggi sehingga body kapal

tersebut dapat terangkat keatas permukaan laut. Beberapa komponen tersebut antara lain:

Water intake, ducting, pompa, mesin penggerak, reduction gearbox, nossel, reverser dan

deflector.


Gambar 1. Sistem propulsi waterjet

3. Metodologi

3.1 Diagram Alir

Setelah mendapatkan data hambatan kapal jetfoil yang akan dirancang untuk dapat

menentukan besaran daya untuk propulsi kapal, langkah selanjutnya adalah merancang

sistem propulsi untuk memenuhi kebutuhan daya kapal tersebut. oleh karena itu dibuatlah

sebuah diagram alur (flowchart) untuk perancangan yang akan dilakukan. Dibawah ini

merupakan diagram alir.

Gambar 2. Diagram Alir Pengerjaan


3.2 Pengambilan Data

Berikut ini adalah data kapal pembanding untuk kapal jetfoil: Loa = 25.51 m, B =

5.5 m, H = 3.5 m, T = 1.35 m, Engine power = 4000kW, Engine Type = Gas Turbine,

RPM = 14200, Service speed = 27 knots, Passenger number = 100.

4. Analisis dan Pembahasan

4.1 Perhitungan Hambatan

4.1.1 Perhitungan Angle of Attack di Tiap Kecepatan

Untuk menghitung gaya angkat maupun drag yang akan dihasilkan, salah

satu faktor yang penting adalah angle of attack atau sudut serang. Maka dari itu

telah dilakukan perhitungan melalui software “exfoil” sebagai berikut :

Tabel 1. Nilai cl-cd-cl/cd terrhadap sudut serang


Gambar 3. Grafik Cl/Cd terhadap sudut serang.

4.1.2 Perhitungan Gaya Angkat (Lift)

Gaya angkat atau lift dapat dihitung sebagai berikut :

L = ½ x p x v2 x AP2 x Cl 1

L = 307.84 kN

Untuk tiap kecepatan, maka gaya lift yang didapat sebagai berikut :

Tabel 2. Gaya angkat pada tiap variasi kecepatan.

4.1.3 Perhitungan Drag pada tiap Kecepatan

Gaya drag dapat dihitung sebagai berikut :

D = ½ x p x v2 x AP2 x Cd 2

D = 124.6895 kN

= 4987.58 kW

Untuk gaya drag pada tiap kecepatan dapat dilihat sebagai berikut:

Tabel 4. Resistance vs Speed


Gambar 4. Grafik Resistance vs Speed

4.1.4 Perhitungan Hambatan pada kecepatan maksimum.

Dari data perhitungan sebelumnya telah di hitung bahwa hambatan total

yang terjadi pada kecepatan maksimum sebesar 40 knot adalah 124.6895 kN atau

jika di artikan kedalam daya menjadi 4987.58 kW. Maka power yang harus di

balas/lawan oleh ME adalah 115% x 4987.58 kW atau menjadi 5735.717 kW.

4.2 Penentuan Daya Motor Penggerak Utama

Perhitungan daya untuk penentuan kebutuhan engine berdasar pada kecepatan

maksimal kapal yaitu 70 knot. Dengan tahanan yang bekerja pada badan kapal sebesar

102.95 kN.

4.2.1 Perhitungan daya efektif kapal (EHP)

EHP = Rt x Vs 3

Jadi :

EHP = 3439.5379 HP

= 2564.8630 kW

4.2.2 Perhitungan gaya dorong yang dibutuhkan kapal

T = Rt/(1-t) 4

Jadi :


T = 124.6895 kN

T = 124.6895 kN / 2

T = 62.34475 kN

T = 14015.723 lbs

4.2.3 Perhitungan DHP awal dengan OPC

DHP1 = (T/z) x (Vs/OPC) 5

Jadi :

DHP1 = 2564.8630 kW

= 3439.53 HP

Daya total 2 engine, 2 waterjet :

DHP2 = DHP1 x 2

= 5129.726 kW

= 6879.07 HP

4.2.4 Perhitungan diameter waterjet

Untuk penentuan nilai diameter inlet pompa waterjet menggunakan

diameter inlet dari pemilihan waterjet dengan nilai DHP yang didapat. Waterjet

yang dipilih pada pilihan wartsilla waterjet dengan input power sebesar 2564.8630

kW dan kecepatan output waterjet sebesar 20 knot adalah 910 size, sehingga dapat

diketahui:

Di = Diameter inlet wartsilla 910 size

Di = 910 mm

= 0.910 m

Lalu dilakukan perhitungan terhadap rasio luasan nozzle sebagai berikut :

Ai = π/4 x Di2 6


An = AR x Ai 7

Jadi :

Ai = 0.65 m2

An = 0.078 m2

Lalu dapat diketahui luasan nozzle sebagai berikut:

Dn = 𝑨𝑹 𝒙 𝑫𝒊 8

Jadi :

Dn = 0.33 m

4.2.5 Perhitungan fraksi arus ikut (w)

w = [T/(p . Qj . Vs)] + 1 – JVR 9

Sehingga dapat dihitung nilai Vi, sebagai berikut:

Vi = (1-w) x Vs

= 19.5415 m/s

Setelah diketahui nilai Vi, maka nilai kecepatan aliran outlet (Vj) dapat diketahui,

sebagai berikut :

Vj = 0.5 x [Vi + Vi2+ !!! !"

!

= 39.355 m/s

JVR = Vj / Vs

= 1.91

Kapasitas Aliran yang melewati jet/nozzle (Qj) sebagai berikut :

Qj = An x Vj

= 3.07 m3/s


Nilai dari fraksi arus ikut dapat dihitung kembali sebagai berikut :

w = [T/(p . Qj . Vs)] + 1 – JVR

w = 0.05

4.2.6 Perhitungan laju aliran massa (m)

m = p x Qj 10

m =3146.75 kg/s

µ = Vs / Vj

µ = 0.52

4.2.7 Perhitungan efisiensi jet ideal dan jet actual

ηjideal = 𝟐 𝐱 !𝟏!!

11

Dengan nilai µ = 0.52,

Jadi :

ηjideal = 0.68

Sehingga dengan persamaan berikut dapat dihitung harga efisiensi jet actual

(ηjactual) untuk system waterjet sebesar:

ηjactual =

11− 𝑤 𝑥

2 µ ( 1− µ )

1+ ψ − [ 1− ζ 𝑥 µ2]+ 2𝑔ℎ𝑗𝑣𝑗2

Jadi :

ηjactual = 0.566

4.2.8 Perhitungan Overall Propulsive Coefficient (OPC)

OPC = ηjactual x ηp x ηrr x ηr(1-t) 12

Jadi :


OPC = 0.53

4.2.9 Kebutuhan daya Power Engine pada kecepatan maksimal

Perhitungan DHP

DHP = (T/z) x (Vs/OPC) 13

DHP = 2419.682 kW

Perhitungan SHP

SHP = DHP/ηsηb

SHP = 2469.057 kW

Perhitungan BHPscr

BHPscr = SHP/ηG

BHPscr = 2519.445 kW

Perhitungan BHPmcr

BHPmcr = BHPscr / 85%

BHPmcr = 2964.052 kW

Maka dipilih turbin gas Siemens SGT-AO5 dengan output power 4000 kW.

Sedangkan untuk pemilihan waterjet berdasarkan besar DHP, yang diplot pada

diagram

dari

catalog

Wartsilla waterjet.


Gambar 5. Grafik Engine Waterjet Matching

4.3 Perhitungan Kecepatan Service

Untuk penentuan kecepatan service kapal, dengan menunjukkan nilai BHP pada

matching point yaitu sebesar 800 kW dan putaran dari gearbox sebesar 1110 RPM.

4.3.1 Perhitungan BHPscr

BHPscr = BHPmcr x 0.85

Jadi :

BHPscr = 595 kW

4.3.2 Perhitungan SHP

SHP = BHPscr x ηG

SHP = 581.3 kW

4.3.3 Perhitungan DHP

DHP = SHP x ηsηb

DHP = 571.438 kW

4.3.4 Perhitungan Vs

DHP = (T/z) x (Vs/OPC)


Jadi :

T x Vs = 769.75 kW

Metode Savitsky

Vs = 27 knot

4.4 Persyaratan Kavitasi

Untuk menentukan nilai head loss yang masih dapat diterima, maka perlu adanya

nilai NPSH yang telah ditentukan terlebih dahulu.

4.4.1 Perhitungan putaran pompa

Besarnya putaran pompa pada sistem waterjet diketahui dari besaran

putaran ME (Main Engine) yaitu sebagai berikut :

N dari ME = 14800 RPM

Rasio Gearbox = 1 : 8

Jadi :

N Pompa = 1850 RPM

4.4.2 Perhitungan head loss mayor

Re = 𝑽 𝒙 𝑫𝒊𝒗

14

Re = 9359350

Kekasaran relatif saluran = e/D = 0.00051

Berdasarkan diagram moody, untuk nilai head loss mayor adalah:

hL1 = 1.37 m

4.4.3 Perhitungan head loss minor untuk saluran inlet

hL2.1 = 𝑲𝟐 𝒙 𝑽𝒊𝟐

𝟐 𝒙 𝒈 15


Jadi :

hL2.1 = 0.77 m

4.4.4 Perhitungan head loss minor untuk belokan

h L2.2 = 𝒇 𝒙 𝑳𝒆𝑫𝒆

𝒙 𝑽𝒊𝟐

𝟐 𝒙 𝒈 16

Jadi :

hL2.1 = 0.77 m

4.4.5 Head loss minor untuk pengecilan bertahap

h L2.2 = 𝒇 𝒙 𝑳𝒆𝑫𝒆

𝒙 𝑽𝒊𝟐

𝟐 𝒙 𝒈 17

Jadi :

h L2.2 = 2.53 m

4.4.6 Head loss minor untuk nozzle

Besarnya nilai koefisien kerugian (K2) untuk pengecilan bertahap pada

saluran waterjet, dengan sudut pengecilan penampang antara 15o – 40o adalah

0.05. Sehingga nilai head loss minor untuk pengecilan penampang adalah :

h L2.3 = 𝑲𝟐 𝒙 𝑽𝒊𝟐

𝟐 𝒙 𝒈 18

Jadi :

h L2.3 = 0.968 m

4.4.7 Perhitungan head loss total


Besarnya nilai koefisien kerugian (K2) untuk nozzle pada waterjet adalah

0.06. Sehingga besarnya head loss minor untuk nozzle adalah :

h L2.4 = 𝑲𝟐 𝒙 𝑽𝒊𝟐

𝟐 𝒙 𝒈 19

Jadi :

h L2.4 = 1.167 m

4.4.8 Perhitungan head pompa

hLT = hL1 + hL2 20

hLT = 6.805 m

4.4.9 Perhitungan putaran spesifik pompa

H = 𝑽𝒋𝟐

𝟐 𝒙 𝒈− 𝑽𝒊𝟐

𝟐 𝒙 𝒈+ 𝒉𝑳𝑻 21

Jadi :

H = 66.285 m

4.4.10 Perhitungan Net Positive Suction Head (NPSH)

Ns = 𝑁 𝑥 !"!!.!"

Jadi :

Ns = 17556.5

Dari nilai putaran spesifik tersebut, maka didapat tipe pompa yang akan digunakan

adalah tipe axial flow dengan nilai Ns>10000

4.4.11 Perhitungan putaran spesifik hisap

NPSH = 𝒏𝒋 𝒂𝒌𝒕𝒖𝒂𝒍 𝒙 𝑽𝒋𝟐

𝟐 𝒙 𝒈− 𝒉𝒋 22

NPSH = 47.94 m = 159.8 ft

4.5 Perhitungan Perencanaan Gearbox


Dalam pemilihan gearbox menggunakan rasio 1 : 8, dimana pemilihannya dengan

cara memesan di produsen gearbox. Perencanaan awal dalam pemesanan adalah :

Penentuan nilai rasio pada gearbox 1 gear ratio = R = !"#$%&%' !" !"#$!"#$%&%' !" !"#"$#

R= !"#$%& !""!! !"#$!"#$%& !""!! !"#"$#

= !"# !"#"$#!"# !"#$

= !"!!

Maka nilai torsi pada gearbox 1 adalah :

τ = P x 5252 / n 23

= 5880.55 lb-ft

= 7997.54 Nm

Maka nilai torsi pada gearbox 2 adalah :

τ = P x 5252 / n

= 22568.61 lb-ft

= 30693.31 Nm

4.6 Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar

Setelah mengetahui daya yang dibutuhkan untuk menggerakan kapal hydofoil pada

kecepatan tertentu, maka dapat diketahui jumlah konsumsi bahan bakar nya melalui software

“Cycle Tempo” sebagai berikut :

Tabel 5.

Konsumsi Bahan Bakar


4.7 Analisis dan Pembahasan

Dari tahanan total sebesar 124.6895 kN dapat diketahui daya yang harus bisa dipenuhi

main engine untuk dapat menggerakan kapal secepat 40 knot. Power yang dibutuhkan

sebesar 2964.052 kW pada kecepatan 40 knot. Dengan nilai daya yang dibutuhkan Main

Engine tersebut, pemilihan Main Engine yang sesuai adalah turbin gas, karena bobotnya

yang ringan, getaran yang ditimbulkan kecil dan ruangan instalasi yang lebih kecil

dibandingkan diesel engine dan turbin uap. Pada turbin gas yang dipilih adalah dengan

power output 4000 kW dan memiliki putaran sebesar 14200 RPM.

Sedangkan untuk mengatasi putaran tinggi yang dihasilkan, dapat menyebabkan kavitasi

pada impeller pompa, maka untuk mengatasi hal tersebut, digunakanlah reduction gearbox

yang dapat mereduksi putaran dengan perbandingan 1 : 8. Untuk sistem transmisinya

menggunakan 2 buah reduction gearbox yang berfungsi untuk menyatukan daya kedua

engine dan membaginya untuk kedua waterjet serta mereduksi putaran dari ME dengan rasio

reduction gearbox 1 adalah 1 : 2, sehingga putaran output reduction gearbox menjadi 7100

RPM dan rasio reduction gearbox kedua 1 : 4 sehingga putaran output menjadi output

menjadi 1850 RPM. Untuk sistem penggeraknya menggunakan Wartsilla waterjet 910 size.

Dengan nilai OPC (Efficiency overall) waterjet sebesar 53%. Pada pemilihan waterjet untuk

Wartsilla waterjet dengan cara memotongkan nilai DHP dan kecepatan yang diinginkan ke

grafik pemilihan waterjet yang menentukan besar diameter nozzle dari waterjet tersebut, yang

nantinya dapat dipergunakan untuk perhitungan kavitasi.

Penentuan ukuran nozzle pada katalog Wartsilla waterjet tersebut diperoleh dari nilai

OPC asumsi untuk mengetahui nilai DHP yaitu sebesar 50%. Untuk konsumsi bahan bakar,

konsumsi bahan bakar dengan trayek pelayaran muara angke – pulang pramuka dengan jarak

38.3 km, maka bahan bakar yang paling banyak dihabiskan adalah sebesar 909.06 kg.

5. Kesimpulan / Ringkasan


Berdasarkan perhitungan dan analisis data yang telah dilakukan dalam kinerja mesin

penggerak kapal dan sistem propulsi waterjet pada kapal hydrofoil berkecepatan 40 knot,

dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada kapal hydrofoil, mesin yang dipakai adalah gas turbin dengan spesifikasi sebagai

berikut, pressure ratio = 10.3 : 1, putaran turbin = 14200 RPM, power output = 4000 kW,

bahan bakar yang digunakan = kerosene jet a1.

2. Pada kecepatan 40 knot, Power yang dibutuhkan = 2964.05 kW, fuel consumption =

0.122 kg/s (1108.47 liter), efficiency thermal= 32.9%.

3. Pada kecepatan 27 knot, power yang dibutuhkan = 1837.715 kW, fuel Consumption =

0.058 kg/s (390.29 liter), efficiency thermal= 31.6 %.

4. Pada kecepatan 20 knot, power yang dibutuhkan = 1511.67 kW, fuel consumption =

0.057 kg/s (258.82 liter), efficiency thermal= 30.8%.

5. Konsumsi Bahan bakar untuk trayek pelayaran muara angke – pulau pramuka paling

besar adalah 1108.47 liter.

DAFTAR PUSTAKA

Hydrofoil Research Project for Office (1954). Hydrofoil Handbook, Design of Hydrofoil Craft.

1954. Naval Research Navy Department, Washington DC

Tristan L. Wood (2013). CFD Validation of Hydrofoil Performance Characteristic in Cavitating

and Non-Cavitating Flows. B.Eng. Mechanical Engineering Project Report. Department of

Mechanical Engineering. Curtin University. 2013.

Wonggiawan, Febry (2014). Skripsi : Studi Perancangan Hydrofoil Kapal Penumpang Untuk

Perairan Kepulauan Seribu. Semarang : Universitas Diponegoro.

Boeing, Jetfoil (1982). Facilities and Equipment Planning Document. Institut Sepuluh November

(1982)

Saravanamuttoo, HIH (1996). Gas Turbine Theory 4th edition. Essex : Longman Group Limited.


KHI JPS Co., Ltd: Jetfoil Mini-Encyclopedia. Akses Online:

http://www.khi.co.jp/corp/kjps/english/emini/emini1.html (akses pada 23 April 2017)

International Hydrofoil Society Correspondence Archives: Radio Controlled (R/C) Model

Hydrofoils, Power & Sail. Akses Online: http://www.foils.org/modelrc.htm (akses pada 12

Maret 2017)

William I. Niedermair (1969). Northwest Hydrofoil Line’s Hydrofoil Ship “Victoria” Gas

Turbine Main Propulsion System. Northwest Hydrofoil Lines, Inc. Winslow, Washington

98110.

John R. Meyer, Jr (1990). Ships That Fly - A Story Of The Modern Hydrofoil. Hydrofoil

Technology, Inc., John R. Meyer, Jr., 1990

Levy, Joseph (1965). The Design of Water-Jet Propulsion Systems for Hydrofoil Craft.

Adji, S.W., (2005). Engine Propeller


studi analisis kinerja mesin propulsi penggerak kapal

Documents