## PROPULSI KAPAL DALAM TINJAUAN UJI MODEL
Ship Propulsion in Review Test Model

## Mochamad Guruh GS
Balai Teknologi Hidrodinamika BPPT, Surabaya
Email: guruh62@gmail.com
Diterima: 04 Januari 2016 ; Direvisi: 11 Januari 2016 ; Disetujui: 05 April 2016

## Abstrak
Daya  tahanan  kapal  berhubungan  dengan  daya  mesin  yang  dibutuhkan  suatu  kapal  untuk  mencapai kecepatan  yang  diinginkan.  Sehingga  prediksi  tahanan  kapal  sangatlah  penting  untuk  dilakukan sebelum  kapal  tersebut dibangun.  Setelah  dilakukan  prediksi  tahanan  kapal  maka  perlu  diprediksi kebutuhan  daya  mesin  atau  prediksi powering, Di Laboratorium  Hidrodinamika  hal ini  dilakukan dengan pengujian self propulsion test. Pada uji ini akan diketahui interaksi antara bentuk badan kapal dan  desain propeller yang  terpasang.  Dengan  memvariasikan  variabel  pengujian  maka  akan  diketahui tenaga  mesin  yang  optimum  dari  kecepatan  kapal  yang  direncanakan  serta  diketahuinya  efektifitas desain propeller yang  akan  terpasang  di  kapal.  Pada  tulisan  ini  disajikan  tentang  uraian  penentuan tenaga mesin pada sebuah kapal melalui uji model.

## Kata kunci : prediksi, propulsi, interaksi

## Abstract
Ship resistance related with  engine  power is needed by  a  vessel to achieve the  desired  speed.  So  the prediction  of ship  resistance  is  very  important  to do before build a  ship.  After doing the  resistance prediction, it  is  necessary to  predict  the  requirement of  engine  power  or  powering  prediction. In Hydrodynamic Laboratory, it is  done by self propulsion test.  In  this  test,  the  interaction  between propeller  installed  and  hull  will  be  known. With varying  the  variable, it  will  be  known  the  optimum engine power from the design of ship speed and the effectiveness of propeller installed. This paper will be presented the description of the determination of engine power by model testing.

## Keywords : prediction , propulsion , interaction

## PENDAHULUAN
Dalam  operasinya  di  laut,  suatu  kapal  harus memiliki kemampuan untuk mempertahankan kecepatan dinas (Vs) seperti yang direncanakan. Hal ini mempunyai arti bahwa, kapal haruslah mempunyai  rancangan  sistem  propulsi  (penggerak) yang dapat mengatasi keseluruhan gaya-gaya hambat (total  resistance) yang  terjadi  agar  memenuhi standar kecepatan dinasnya.
Secara  umum,  Sistem Propulsi  Kapal  terdiri  dari  3 (tiga)  komponen  utama,  antara  lain:  (a)  Motor Penggerak  Utama  (main  engine);  (b)  Sistem Transmisi  dan  (c)  Alat  Gerak  (propulsor).  Ketiga komponen utama ini merupakan suatu kesatuan yang
didalam  proses  perencanaannya  tidak  dapat  ditinjau secara  terpisah.  Kesalahan  didalam  perancangan, akan  membawa  ‘ konsekuensi ’  yang  sangat  besar terhadap kondisi-kondisi sebagai berikut :
1. Tidak tercapainya kecepatan dinas kapal yang direncanakan.
2. Fuel oil consumption yang tidak efisien.
3. Turunnya nilai ekonomis dari kapal tersebut.
4. Pengaruh pada tingkat getaran yang terjadi pada badan kapal, dsb.
Konfigurasi  dari  ketiga  komponen  utama  sistem propulsi  ini  sangat  dipengaruhi  oleh  rancangan fungsi  kapal  itu  sendiri,  serta  bagaimana  misi  yang harus dijalankan dalam operasionalnya di laut.
Dalam makalah ini,  jenis propulsor yang dipakai  untuk  membahas  sistem  propulsi  kapal adalah propeller konvensional (Fixed Pitch Propeller) dikarenakan propulsor tipe  ini  sampai sekarang masih merupakan tipe propulsor kapal laut yang paling banyak digunakan.

## TINJAUAN PUSTAKA
Dalam  pembahasan  sistem  propulsi  kapal, maka perlu kiranya mengetahui pengertian- pengertian dasar mengenai beberapa parameter yang penting dalam hubungannya antara kapal, mesin dan propeller.
Beberapa definisi penting berkaitan dengan masalah daya yang ada pada kapal:
- Daya  yang  diperlukan  (Daya  Efektif)  untuk menggerakkan kapal sebesar V m/detik adalah
P E = R*V s (1)
dimana, R adalah tahanan total kapal.
- Propeller akan  menyalurkan  daya  dorong (Thrust Power – TP) sebesar
A T V T P *  (2)
dimana, T  adalah gaya dorong propeller dan V A adalah  kecepatan  alir  yang  masuk  ke  piringan propeller (propeller  disc)  yang  biasa  disebut dengan advance velocity.
- Daya  yang  disalurkan  ke propeller sebesar  P D yang didefinisikan sebagai
Qn
P D  2 
(3)
dimana  Q  adalah  torsi  (gaya  puntir) propeller dan n adalah laju kisaran atau putaran propeller.
- Daya  yang  disalurkan  oleh  mesin  penggerak terhadap  sistem  poros  (daya  poros – PS)  adalah sebesar
Mn P S  2 
(4)
dimana  M  adalah  torsi  dari  mesin  penggerak yang disalurkan ke poros.
- Untuk  motor  bakar  dalam,  daya  motor diindikasikan  sebagai  P B (daya  rem  = brake power).    P B diukur  pada  kopling crank  shaft mesin  dan  ini  merupakan  hasil shop  test dan dihitung berdasar formula :
Qn P B  2  kW (5)
dimana  Q  adalah brake  torque (kNm)  dan  n adalah putaran per detik.
Sedangkan  daya  pada  piston  diindikasikan sebagai  P I .  Pada  Gambar  1  dapat  dilihat  jenis-jenis power pada sistem propulsi kapal.
Gambar.1. Daya-daya pada sistem propulsi kapal.
Masing-masing komponen daya tersebut mempunyai hubungan sebagai berikut :
I B B D D T T E I E P P P P P P P P P P * * *  (6)
persamaan  (6)  dapat  dinyatakan  dalam  konteks efisiensi sebagai
η t = η h * η p * η s * η m
(7 ) dimana :
η t = efisiensi total
w t V V T R V T V R s A A h      1 1 / / * *  (8)
η h = efisiensi badan papal η p =  efisiensi propeller di  belakang  kapal  dan didefinisikan sebagai
Qn V T A r o p     2 * *   (9)
η 0 = efisiensi propeller pada kondisi open water η r =  efisiensi rotatif  relatif ( relative  rotative efficiency).  Koefisien  ini  memberikan  hubungan antara η p dan η o η s = efisensi poros η m = efisiensi mekanis t = fraksi (=faktor) deduksi gaya dorong
w   = fraksi arus ikut (wake fraction)
Selain  itu,  faktor  prakiraan  daya  (power predicton  factor)  (1+x)  atau  fraksi  beban  lebih (overload) perlu pula didefinisikan. Ini adalah faktor yang  didsarkan  pada  korelasi  antara  kapal  dengan data model. Faktor ini yang dipakai dalam :
1. metode  ekstrapolasi  hasil  dari  model    ke  hasil untuk kapal.
2. perhitungan  pengaruh  skala  pada  tahanan  dan propulsi.
3. perhitungan pengaruh kekasaran badan kapal.
4. keadaan cuaca.
dinyatakan dalam bentuk :
D E D x P P  / ) 1 ( *  
(10)
dimana P D adalah daya yang disalurkan ke propeller dan P E adalah  daya  efektif  dan  η D adalah  efisiensi propeller (propulsive  efficiency). Faktor  (1+x) kadang-kadang  juga  disebut  sebagai  faktor  beban (load  factor)  dan  faktor  x  disebut  sebagai    fraksi beban  (load  fraction) atau  kelonggaran  dinas (service allowance), (Harvald, 1983).
Penyaluran  daya  dari  mesin  penggerak  sampai dengan  daya  dorong  dari propeller serta  efisiensi masing-masing  perubahan  daya  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
Gambar 2. Hubungan masing – masing daya berkaitan dengan efisiensi propulsive.

## METODE PENELITIAN
Self  Propulsion  Test digunakan  sebagai  dasar untuk  memprediksi  performa  kapal  dari  hasil percobaan  model. Test tersebut  terdiri dari  beberapa running percobaan yang meliputi :
1. Speed  variation (propeller bekerja  dalam  satu beban (loading) dengan variasi kecepatan).
2. Load  variation (beban propeller divariasikan pada satu kecepatan).

## 1. Metode  variasi  beban  atau  kecepatan konstan (Load Variation)
Sebelum  melakukan  percobaan  pada  setiap kondisi  percobaan  (running  test)  kecepatan  kereta tarik (towing carriage) dan beban propeller haruslah dihitung/diperkirakan  terlebih  dahulu.  Hal  ini berkaitan  dengan  kemampuan  kecepatan towing carriage dan  kapasitas  alat  ukur  (propeller dynamometer).    Kereta  tarik  diakselerasikan  dari kondisi  diam  sampai  tercapai  kecepatan  yang diinginkan  dan  secara  simultan  model propeller diputar  sampai  menghasilkan  gaya  dorong  sesuai dengan  hasil  perhitungan.  Pada  saat  bersamaan
model propeller diputar/digerakkan sampai mencapai  harga  gaya  dorong (thrust)  yang diinginkan,  pada  saat  bersamaan  kereta  dorong (towing  carriage) dijalankan mencapai  kecepatan yang  diinginkan.  Pada  saat  kecepatan towing carriage mencapai kecepatan yang diinginkan model kapal  dilepas  dari  cengkraman towing  carriage, sehingga model kapal bergerak dengan kecepatannya sendiri  (akibat  gaya  dorong  model propeller)  serta ditarik oleh resistance dynamometer dan pengukuran  dilakukan  dalam  selang  waktu  tertentu. Ulangi  pengujian  ini  pada  kecepatan  yang  sama dengan  beberapa  kondisi  beban propeller yang berbeda  sampai  semua  daerah  ukur  pengujian dilakukan.
Beban propeller  (propeller  loading)  harus mencakup kisaran batas atas dan batas bawah beban dimana  estimasi  performa  dibutuhkan. Metode  ini membutuhkan paling tidak 4 kali penarikan.

## 2. Metode  variasi  kecepatan (Constant  Loading Method)
Pada metode ini haruslah ditentukan kecepatan yang akan dipakai daerah pengukuran, paling tidak 4 kecepatan towing  carriage yang  dipilih  yang mencakup kecepatan di bawah dan di atas kecepatan dinas.  Pada  setiap  running,  secara  simultan  model propeller diputar  sampai  menghasilkan thrust yang mampu menggerakkan model sama dengan kecepatan towing  carriage. Running  test dilakukan pada  beberapa  kecepatan  model  (towing  carriage) dengan propeller loading konstan. Komponen-komponen seperti thrust, torque, kecepatan carriage, towing  force (F D )  haruslah diukur  dan  disimpan  untuk  kebutuhan  proses perhitungan  selanjutnya.  Pada set  up percobaan  ini (lihat  Gambar 3),  variasi  kecepatan  haruslah mencakup seluruh daerah kecepatan yang diinginkan. Pengaruh propeller loading diukur pada sedikitnya 3 kali pengukuran pada putaran propeller yang sama  atau towing force pada satu kecepatan.
Gambar 3. Set up pengujian self propulsion test.
Gambar 4. Diagram pengujian self propulsion test (ITTC, 2011).
Gambar 5. Analysis data pengujian self propulsion (ITTC, 2011).
Sistem  pengujian  dan  analisa  data  pada  uji self propulsion berturut-turut  disajikan  pada  Gambar  4 dan 5.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam  menentukan  BHP  mesin    kapal  ada beberapa tahapan yang dilakukan.
1. Perhitungan  daya  kapal  dengan software ’ ship powering ’ (DESPPC atau lainnya).
2. Uji  model  : resistance  test dan self  propulsion test.
3. Propeller matching.
Dalam  tahapan  desain,  besarnya  daya  mesin yang  dibutuhkan  oleh  kapal untuk  bergerak  pada kecepatan  yang  diinginkan  bisa  dilakukan  dengan menjalankan program/software ship  powering. Sebagai  data  input  untuk  program  tersebut diantaranya  adalah  ukuran  utama  kapal,  koefisien hidrodinamis  kapal,  diameter  dan  putaran propeller. Propeller kapal  didesain  dengan  metode  optimasi secara iteratif dan akan didapatkan desain propeller. Dengan desain propeller yang ada tersebut besarnya daya mesin bisa diketahui. Untuk  memvalidasi  hasil  perhitungan,  maka dilakukan model test di Laboratorium
Hidrodinamika.  Penetuan powering kapal  dilakukan dengan  melakukan  2  (dua)  macam  test  : Resistance test dan Self Propulsion Test. Apabila propeller yang dipakai  bukan  dari  serie  yang  telah  ada  (B-series) maka  perlu  dilakukan  uji Open  Water  Test untuk final  design  propeller.  Dari  ketiga  data  tersebut (Open water Test, resistance test dan self propulsion test)  semua  nilai  koefisein propulsive kapal  bisa didapatkan (lihat tabel 1), sehingga didapatkan suatu hasil sistem propulsi kapal yang efisien.
Apabila propeller yag  digunakan  sebagai propulsor kapal  bukan  merupakan serie  propeller yang  ada,  maka  diagram  performa propeller (open water  diagram)    dibutuhkan  untuk  mensikronkan (matching) antara propeller, mesin dan lambung. Kemungkinan yang terjadi pada penentuan powering kapal  yang  mengakibatkan  kecepatan  kapal  tidak tercapai : 1. Daya mesin tidak mencukupi untuk menggerakkan kapal pada kecepatan tertentu 2. Propeller kapal  tidak  didesain  secara  baik, sehingga  tidak matching antara propeller dengan mesin penggerak.
3. Bila  kondisi  (1)  dan  (2)  sudah  dalam  posisi tidak  bisa  diubah,  maka  penggunaan Energy saving  devices merupakan  salah  satu  cara untuk  menambah/meningkatkan  efisiensi  dan kecepatan kapal.
S Leksono (2000) telah mengembangkan suatu metode  sederhana  untuk  mensikronkan  (matching) antara propeller kapal dengan mesin penggerak kapal dengan  mengkomparasi  faktor  beban  mesin  (engine load  factor -ELF)  dengan  faktor  beban  propeller (propeller  load  factor - PLF).    Supaya  mesin penggerak bisa memutar propeller untuk menghasilkan thrust yang dibutuhkan untuk menggerakkan  kapal  pada  kecepatan  tertentu  maka besarnya  ELF  harus  lebih  besar  bila  dibandingkan dengan  PLF. Sinkronisasi  antara  lambung  kapal, mesin dan propeller atau lebih dikenal dengan istilah propeller  matching merupakan  hal  terpenting  dalam penentuan kinerja suatu kapal. Kedua faktor tersebut didefinisikan sebagai :
- Faktor beban propeller ( 5 3 / ad v Qn PLF   )
- Faktor beban mesin ( 5 2 2 / ad d v n P ELF   ) Arti harfiah dari kedua faktor tersebut adalah :
- faktor beban propeller adalah  kebutuhan  daya propeller untuk  berputar  guna  menghasilkan thrust yang diinginkan.
- faktor beban mesin adalah daya yang disediakan mesin untuk memutar
propeller guna
menghasilkan thrust yang diinginkan.
Tabel 1. Perhitungan matching propeller dengan metode PLF dan ELF.
Gambar 6. Kurva load factor pada masing putaran poros.
Dari  hasil  tabulasi  perhitungan    (Tabel  1)  dibuatlah kurva  hubungan  antara  PLF  dan  ELF  terhadap putaran propeller (RPM).  Hal  terpenting  dari
Gambar 6, terletak pada perpotongan kurva PLF dan ELF  disekitar  142  RPM.  Ini  berarti  bahwa maksimum putaran mesin adalah sebesar 142 Rpm.

## KESIMPULAN
Dalam  menentukan  besarnya power mesin untuk  suatu  kapal  supaya  bisa  bergerak  dengan kecepatan yang diinginkan serta  penentuan tersebut mempunyai  tingkat  efisiensi  yang  baik,  maka diperlukan  pengujian resistance dan self  propulsion test. Apabila  kecepatan  kapal  tidak  tercapai,  maka analisa  dan  evaluasi  yang  lebih  detail  perlu dilakukan  baik  terhadap  proses  perhitungan  ataupun model  uji  yang  dilakukan  serta  dicek  ulang  proses matching antara propeller dan mesin penggerak.

## DAFTAR PUSTAKA
Harvald,  SV.AA.  (1984). Resistance  and  Ship Propulsion. John Wiley and Sons, NY. Holtrop,  J. (1984). The  MARIN  Analysis  Computer Program PULS for Still-water Model Performance  Tests. MARIN  Report  No. 50405-3-VT. Holtrop,  J. 1991). Teaching Notes  Training  Course SP02S3, MARIN. Hsiung,  CC. (1997). Theory and  Methods of
Experiments
Particularly for Marine Applications,  Lecture  notes,  Halifax,  Nova Scotia, Canadam. Lewis,  E.V.  (1988). Resistance,  Propulsion  and Vibration, PNA vol. II, SNAME. S  Leksono. (2000). Sinkronisasi  Propeller dengan Mesin  Induk  Pada  Kapal  Ikan untuk Meningkatkan  Effisiensi dan  Kinerja,  Jurnal Politeknik Perkapalan, ITS, Surabaya.