Wave: Jurnal Ilmiah Teknologi Maritim Volume 16, Nomer 1, Juli 2022: hal: 1-8 p - ISSN: 1978-886X e - ISSN: 2614-641X

## STUDI INTERAKSI KAPAL - PROPELER PADA PLANING HULL AKIBAT PERBEDAAN SUDUT DEADRISE
Study of Ship-Propeller Interaction on Planing Hull due to Different Angles Deadrise
Erifive Pranatal 1,a , R. Puranggo Ganjar Widityo 2 dan Fitria Fresty Lungari 3
1 Teknik Perkapalan, Institut Teknologi Adhi Tama, Jl. Arief Rahman Hakim No. 100, Sukolilo, Surabaya, Indonesia
2 Teknik Konstruksi Perkapalan, Universitas Jember, Jl. Kalimantan - Kampus Tegal Boto, Sumbersari, Jember, Indonesia
3 Teknologi Penangkapan Ikan, Politeknik Negeri Nusa Utara, Jl. Kesehatan No. 1, Tahuna, Kepulauan Sangihe, Indonesia
e-mail: a erifive@itats.ac.id
Diterima: 22 September 2021; Direvisi: 25 Mei 2022; Disetujui: 31 Mei 2022

## Abstrak
Pemilihan sudut deadrise pada planing  hull dan pengaruh pada kurva beban propeler dilakukan untuk memberikan gambaran yang jelas terhadap pemilihan mesin utama dan kecepatan kapal. Sehingga, tujuan penelitian ini adalah bagaimana pengaruh sudut deadrise terhadap kurva beban propeler. Sudut deadrise yang dipilih antara lain 7°, 10°, 13°, dan 18°. Metode yang digunakan adalah pendekatan teoretis dengan bantuan data series seperti data Propeller Wagenigen B-Series. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perubahan tahanan karena perbedaan sudut deadrise mempengaruhi kurva beban propeler dengan nilai persentase perbedaan yang hampir sama. Perbedaan persentase nilai tahanan masing-masing sudut deadrise adalah 0,057% (rata-rata selisih tahanan yaitu 33 N) dan perbedaan daya propeler hanya berkisar 0,05%. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa perbedaan sudut deadrise pada penelitian ini memberikan pengaruh yang hampir sama dengan perbedaan nilai tahanan kapalnya.
Kata kunci: planing hull ; deadrise ; kurva beban propeler

## Abstract
The choice of deadrise angle on the planing hull and the influence on the propeller load curve are carried out to provide an overview of the main engine selection and service speed. Therefore, the purpose of this study is to determine the effect of the deadrise angle on the propeller load curve. The selected deadrise angles include 7°, 10°, 13°, and 18°. The method used is a theoretical approach with data series such as the Propeller Wageningen B-Series. The results show that changes due to differences in deadrise angles affect the propeller load curve with almost the same percentage difference. The difference in the percentage of resistance values for each deadrise angle is 0,057% (the average difference in resistance is 33 N) and the difference in propeller power is only about 0,05%. Thus, it can be concluded that the difference in the deadrise angle in this study has almost the same effect as the difference in the value of the ship's resistance.
Keywords: planing hull ; deadrise ; propeller load curve

## PENDAHULUAN
Perhitungan tahanan pada kapal adalah langkah awal untuk menentukan sistem propulsi kapal. Sistem propulsi terdiri dari kapal, propulsor (baling-baling),
dan mesin kapal. Ketiga hal ini harus berkorelasi dengan baik, sehingga menghasilkan sistem propulsi dengan  kurva daya yang dibutuhkan oleh kapal dan propeler  berada pada layout daerah kerja mesin
Studi Interaksi Kapal – Propeler pada Planning Hull akibat Perbedaan Sudut Deadrise (Erifive Pranata, R Puranggo Ganjar Widityo, dan Fitria Fresty Lungari)
(diarsir) seperti yang terlihat pada   Gambar 1 (Harvald, 1991). Titik match terjadi jika kurva daya propeler melalui daerah operasional mesin dengan mesin bekerja pada 100% daya dan rotasi mesin. Beberapa hal terjadi jika titik match tidak tepat pada saat perencanaan sistem propulsi yaitu mesin akan bekerja overload atau over-rotation .
Oleh karena itu kurva beban propeler  harus sesuai dengan layout kinerja mesin utama. Pergeseran kurva beban propeler  dipengaruhi banyak hal, antar lain: ratio  pitch dan diameter propeler  (P/D), jumlah daun  propeler  (Z), diameter propeler  (D), dan rasio luas  propeler  (BAR). Pada penelitian ini dilakukan studi pengaruh perbedaan sudut deadrise pada kapal planing  hull terhadap kurva beban propeler.  Selain itu juga tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan kecepatan servis kapal dengan melakukan analisa pada kurva kapal-propeler-daya. Definisi dari sudut deadrise dapat dilihat pada Gambar 2. Secara empiris deadrise akan mempengaruhi kurva beban propeler dengan  kurva beban propeler akan bergerak ke kiri (lihat Gambar 1) jika tahanan kapal meningkat, demikian sebaliknya (Harvald, 1991).
Gambar 1. Diagram kecepatan putar versus daya rem menunjukkan interaksi antara ship-engine-propeller.
(Harvald, 1991)
Penelitian ini merupakan lanjutan dari dua penelitian sebelumnya.  Penelitian pertama adalah studi pengaruh variasi sudut deadrise , β planing  hull pada tahanan  dengan β  =  10°  menghasilkan  tahanan yang lebih rendah (Pranatal, 2020a).  Penelitian
selanjutnya adalah studi analisis  pengaruh sudut deadrise terhadap planing  craft terhadap stabilitas dan seakeeping (Pranatal, 2020b) .
Selain itu terdapat beberapa penelitian terdahulu yang memiliki topik yang sama. Baital,  et al. (2020)  membahas analisis engine propeller  matching , dikarenakan perubahan tahapan powering process . Pemilihan spesifikasi mesin utama dan estimasi hambatan kapal dilakukan pertama kemudian dilakukan pemilihan karakteristik propeler yang sesuai dengan hambatan dan mesin utama tersebut. Hasil penelitian ini adalah propeller yang digunakan adalah Wagenigen B Series B5-76 dan total efisiensi propeller 41,2 %. Stapersma and Woud (2005)  membahas permasalahan dasar matching antara mesin utama dan propulsor dan juga membahas tentang sea  margin , engine  margin, dan light  running  margin. Geertsma,  et  al. (2017) melakukan penelitian pada sistem propulsi untuk kapal bermesin hybrid dan bagaimana pemilihan propulsi. Hasil penelitian menyebutkan bahwa pengurangan konsumsi bahan bakar dan emisi terjadi 10-35% pada mesin hybrid yang diterapkan pada kapal.  Yasim,  et  al.  (2021)  melakukan penelitian menyelaraskan main  engine dengan  propeler  dengan studi kasus pada kapal perikanan untuk mendapatkan kecepatan yang optimal yaitu 7,3 knot dengan mempertahankan main  engine dan  propeler  yang telah ada.  Nurhadi, et al. (2018)  melakukan analisis engine  propeller  matching terhadap kapal cepat dengan data propeler Gawn Series. Efisiensi propeler yang diperoleh  adalah 0,56 dan kecepatan 28 knot pada kondisi rough hull .
Gap  analysis pada penelitian ini lebih menekankan pengaruh terhadap perubahan sudut deadrise terhadap kurva daya propeler dan kecepatan optimum berdasaran kurva yang telah diperoleh.

## METODE

## Pengumpulan data
Data yang diperlukan dalam penelitian ini antara lain: ukuran utama kapal dapat dilihat pada Tabel 1, data tahanan kapal pada setiap perubahan sudut deadrise , β dapat dilihat pada Tabel 2 dan Gambar 3,
Wave: Jurnal Ilmiah Teknologi Maritim Volume 16, Nomor 1, Juli 2022: hal: 1-8 p - ISSN: 1978-886X e - ISSN: 2614-641X
Gambar 2. Definisi sudut deadrise
data karakteristik propeler yang digunakan.
Data propeler yang digunakan D = 0,11 m, jumlah blade = 3 dan BAR = 0.6. Karakteristik propeler Wagenigen B-Series dengan 3 blade dengan BAR = 0.6 dan P/D = 0,5-1,4  dapat lihat pada Gambar 4 (Bernitsas et al., 1981).
Karakteristik propeler dinyatakan dalam beberapa istilah seperti koefisien gaya dorong (K T ), koefisien torsi (K Q ),  efisiensi  propeler  (η o ) dan koefisien langkah maju atau advance  coefficient (J). Definisi tersebut dapat dilihat pada rumus-rumus berikut:
2 4 T T K n D ρ = (1) 2 5 Q Q K n D ρ = (2) . 2 T o Q K J K η π = (3) A V J nD = (4) K T = Koefisien gaya dorong ( thrust ) propeller ; K Q = Koefisien torsi propeller ; η o = Efisiensi propeller ;  J = Koefisien advanced  propeller ; V A = Kecepatan advanced propeller [m/s]; ρ = Massa jenis fluida [kg/m 3 ];  n = Putaran propeller [rps]; D = Diameter propeller [m].

## Tabel 1. Ukuran utama dan koefisien bentuk kapal
No Item Nilai 1 LOA 6,393 m 2 LPP 5,920 m 3 LWL 5,940 m 4 B 1,703 m 5 T 0,225 m 6 Cb 0,556 7 Cw 0,821 8 β 10°, 13°, dan18° 9 ∆ 1,292 ton Tabel 2. Data hambatan pada variasi sudut deadrise , β Vs (m/s) Fn RT at Deadrise , β (N) 7° 10° 13° 18° 3,269 0,429 562,670 551,857 582,195 617,490 4,903 0,643 590,061 573,486 605,445 639,336 6,538 0,858 620,470 605,028 634,486 666,199 8,172 1,072 653,861 642,668 668,939 697,814
Gambar 3. Kecepatan servis - tahanan total pada variasi deadrise 500 550 600 650 700 750 2 3 4
5 6 7 8 9 R T (N) Vs (m/s) 7°
10° 13° 18°
Gambar 4. Karekteristik propeler Wagenigen B-Series dengan 3 blade , BAR = 0,6 (Bernitsas, et al., 1981)

## Perhitungan dan Pembuatan Kurva Beban Propeler
Langkah-langkah untuk menentukan kurva beban propeler adalah sebagai berikut ini:
1. Asumsikan bahwa kecepatan pada propeler
(advance velocity) sama dengan kecepatan kapal;
2. Asumsikan nilai hambatan kapal sama dengan gaya dorong. Asumsi pada poin 1 dan 2 dilakukan karena perbedaan yang sangat kecil dari kedua nilai tersebut sehingga dapat diabaikan;
3. Menghitung beban propeler ( propeller  loading)
K T /J 2 tiap kecepatan menggunakan Persamaan 5;
4. Temukan titik K T /J 2 pada kurva beban pada Gambar  4  yang sesuai dengan nilai yang dihitung dan membaca advance ratio (J) dan koefisien torsi (K Q ) pada garis vertikal yang sama;
5. Hitung jumlah putaran per detik (rps) dari formula
advance  ratio (J) dan daya (P D ) dari torsi dan frekuensi sudut.
Perhitungan dilakukan untuk semua nilai tahanan pada masing-masing sudut deadrise . Setelah dilakukan analisis  dan interpretasi pada grafik dan tabel.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perhitungan daya propeler atau daya yang disalurkan ke propeler pada sudut deadrise ,  β 10° dapat dilihat pada Tabel 3.  Definisi koefisien atau
K T /J 2 dapat dihitung sebagai berikut:
2 4 2 2 2 2 2 12.4025 T A A A T K T T n D J D V V V nD ρ ρ = = =       (5)
Nilai dari K T /J 2 untuk masing-masing kecepatan dapat dilihat pada Tabel 3.  Gambar 5 menunjukkan karakteristik propeler dengan jumlah blade 3, BAR = 0,600 dan P/D = 0,6.
Tabel 3. Hasil Perhitungan P D pada sudut β 10°
Deadrise , β = 10°
V A = V [m/s] 3,269 4,903 6,538 8,172 T=R T [N] 551,857  573,486  605,028 642,668 D [m] 0,11 0,11 0,11 0,11 Coeff = K T /J 2 4,164 1,923 1,141 0,776 J (di ) 0,21 0,34 0,41 0,43 K Q (di ) 0,097 0,091 0,086 0,082 n [rps] 141,51 156,40 174,80 195,50 P D [kW] 28,50 36,10 47,62 63,53
Gambar 6 merupakan contoh penggunaan grafik karakteristik propeler pada kecepatan 3,269 m/s.
Wave: Jurnal Ilmiah Teknologi Maritim Volume 16, Nomor 1, Juli 2022: hal: 1-8 p - ISSN: 1978-886X e - ISSN: 2614-641X
Gambar 5. Karakteristik Wagenigen B-Series
Gambar 6. Penggunaan kurva karekteristik propeler
Nilai K T /J 2 yang diperoleh dari Persamaan 5 diplot pada sumbu Y. Kemudian menggunakan garis horizontal pada nilai tersebut akan berpotongan pada kurva beban K T /J 2 (1) pada Gambar 6. Pada titik perpotongan tersebut ditarik garis vertikal ke sumbu x untuk menentukan nilai J (2) pada Gambar 6. Pada garis vertikal yang sama, yang berpotongan dengan kurva K Q dibuat garis horizontal (3) pada Gambar 6 untuk mendapatkan nilai K Q pada sumbu y.
Nilai n (rps) diperoleh menggunakan Persamaan 4  setelah nilai J diketahui, sedangkan torsi (Q) diperoleh dari Persamaan 2 setelah mengetahui nilai dari koefisien torsi (K Q ). Nilai P D diperoleh dengan Persamaan 6 berikut ini:
2 D P Qn π

## = (6)
Hal yang sama dilakukan juga untuk kecepatan dan sudut deadrise lainnya.
Hasil perhitungan daya propeler atau P D untuk masing-masing deadrise dapat dilihat pada Tabel 4 dan Gambar 7 Dimana nilai n diperoleh dari Persamaan 4 setelah mengetahui nilai J (dari kurva karakteristik propeler) dan nilai P D diperoleh dari Persamaan 5 dimana nilai Q diperoleh setelah mendapatkan nilai K Q (dari kurva karakteristik propeler).
Tabel 4. Hasil perhitungan P D pada tiap deadrise
β 10° β 13° β 16° n P D n P D n P D
141,510  28,496  144,258  30,499  148,586  33,328 156,406  36,095  159,199  38,398  163,881  41,978 174,807  47,623  177,416  49,788  180,104  52,691 195,507  63,526  198,114  66,101  200,791  69,153
Gambar 7. Kurva kapal-propeller-daya variasi deadrise 10°,
13°, dan 18°
Gambar 7 menunjukkan bahwa perubahan tahanan total pada variasi sudut deadrise (lihat Gambar 3) tidak terlalu mempengaruhi kurva kapal-propeler-daya. Perbedaan kurva tersebut berkisar 0,05% sampai 0,07%.
Selain itu penambahan kecepatan dari 7-8 m/s membutuhkan daya yang lebih banyak, dibandingkan kecepatan 3-5 m/s atau 5-7 m/s. Hasil ini memberikan informasi bahwa kecepatan servis ekonomis berkisar pada kecepatan 5-7 m/s, karena apabila kapal beroperasi pada kecepatan di  atas 7 m/s akan membutuhkan daya yang lebih besar yang akhirnya akan membutuhkan bahan bakar yang besar pula.

## Menentukan Kecepatan Servis pada Kapal
Dalam menentukan kecepatan harus diperhatikan kondisi pelayaran kapal. Ada dua kondisi pelayaran yaitu (1) trial  condition menunjuk pada situasi lambung bersih, air tenang, kondisi air dalam, dan tanpa muatan. Trial condition disebut juga dengan light  condition ;  dan  (2) service  condition menunjuk pada kondisi kapal yang sedang beroperasi saat melakukan tugasnya. Kondisi ini antara lain badan kapal memiliki biota laut ( hull  fouling ) setidaknya sampai dua tahun, sea  state 2 atau 3, air dalam, dan pada kondisi displacement desain. (Molland, et al., 2011).
Gambar 8. Kurva kapal-propeler-daya pada deadrise ,

## β = 10°
Jika diasumsikan 100% putaran dan daya mesin terletak pada ujung sebelah kanan kurva beban propeler pada kondisi servis maka daya pada titik tersebut disebut Maximum Continuous Rating (MCR). MCR pada 67,5 kW dan putaran 197,06 rps. Daya pada kecepatan servis yaitu  saat  kapal beroperasi pada kecepatan tersebut secara terus menerus disebut dengan Continuous  Service    Rating (CSR).
Persentase selisih antara MCR dan CSR disebut Service Margin (SM). Nilai ini berkisar 10-20%. Maka nilai CSR pada 54  kW dan putaran 179 rps seperti yang terlihat pada Gambar 8. Daya CSR tersebut diplot pada  Gambar 9 untuk menentukan kecepatan servis, sehingga diperoleh kecepatan servis sebesar 7,2 m/s atau sama dengan 13,99 knot.

## Gambar 9. Kurva Vs versus PD

## KESIMPULAN
Perubahan sudut deadrise ,  β  memberikan pengaruh terhadap kurva beban propeler dengan selisih terkecil 0,05%. Persentase ini lebih kecil dibandingkan dengan persentase selisih tahanan kapal akibat perubahan deadrise yaitu 0.057%. Kurva beban propeler yang paling kecil ada pada sudut deadrise 10°,  pada sudut ini menghasilkan tahanan yang lebih kecil juga.
Sedangkan kecepatan servis yang dipilih adalah 7,2 m/s atau 13,99 knot. Pada kecepatan ini mesin bekerja pada 54 kW dan putaran 179 rps dan Engine Margin (EM) sebesar 20%. Pemilihan EM sebesar 20% dilakukan karena faktor maintenance mesin penggerak utama yang lebih baik sehingga meningkatkan lifetime mesin.

## DAFTAR PUSTAKA
Baital, M.  S., Putranto, A.  B.,  dan  Waluyo, B.  S.,
(2020).  Analisa Engine Propeller Matching (EPM) pada Kapal Rescue Boat Karena Perubahan Tahap Powering Process. Gema Teknologi , Vol. 21(1): 49–55.
Bernitsas, M., Ray, D., and  Kinley, P.  (1981). KT,
KQ and Efficiency Curvers  for the Wageningen B-Series  Propellers.  Ann Arbor: Departement of Naval Architecture and Marine Engineering.
Geertsma, R.  D., Negenborn, R.  R., Visser, K.,  and Hopman, J.  J.  (2017). Design and Control  of
Wave: Jurnal Ilmiah Teknologi Maritim Volume 16, Nomor 1, Juli 2022: hal: 1-8 p - ISSN: 1978-886X e - ISSN: 2614-641X
Hybrid Power and Propulsion Systems for Smart Ships: A Review  of  Developments. Applied Energy , Vol. 194: 30–54.
Harvald, S.  A.  (1991). Resistance and Propulsion  of
Ships. New Yok: John Wiley & Sons, Inc.
Molland, A.  F., Turnock, S.  R.,  and  Hudson, D.  A.
(2011). Ship Resistance  and Propulsion: Practical  Estimation  of  Ship Propulsive Power. Cambridge: Cambridge University Press.
Nurhadi, N., Zen, H., and  Sumarsono, S.  (2018).
Study of Engine Propeller Matching for High-Speed Vessel with Gawn Series    Propeller. EPI International  Journal  of  Engineering , Vol. 1(1): 39–42.
Pranatal, E.  (2020a).  Pengaruh Sudut Deadrise Terhadap Tahanan Planing  Hull. Prosiding
Seminar  Teknologi  Kebumian dan Kelautan (SEMITAN II) , Vol. 2(1): 649–655.
Pranatal, E., 2020b. Analisis Pengaruh Sudut Deadrise  Planing  Craft terhadap Stabilitas dan Seakeeping. Wave:  Jurnal  Ilmiah  Teknologi Maritim , Vol. 14(2): 61–72.
Stapersma, D., and  Woud, H., 2005. Matching Propulsion Engine with  Propulsor. Journal of Marine  Engineering &  Technology , Vol.  4(2): 25–32.
Yasim, A., Wibowo, R.  K.  K.,  dan  Priohutomo, K.
(2021).  Kajian Sinkronisasi Mesin Utama dan Propeller pada Kapal Perikanan Pasca Reparasi (Studi Kasus KM. Nelayan 2017-572). Wave:
Jurnal  Ilmiah  Teknologi  Maritim ,  Vol. 15(1):
11–20.

## HALAMAN KOSONG