UAS Hambatan dan Propulsi Kapal

Hambatan dan propulsi Kapal (30des2010)

Hambatan

Hambatan pada kapal meliputi: Rgesek (Rf)+Rsisa (Rr)>>>[ Rgelombang(R_w), Rtekanan(R_p), Rudara(R_A), Rappendik(R).

v  -Hambatan gesek adalah komponen hambatan yang diperoleh dengan cara mengintegralkan tegangan tangensial keseluruh permukaan basah kapal menurut arah gerak kapal.

Gambar1.1

-Hambatan gelombang  adalah hambatan yang terjadi akibat pergerakan kapal baik pada fluida ideal(tanpa viskositas) maupun non ideal(berviskositas), gaya yang bekerja adalah gaya potensial.

Gambar 1.2

•      Pada tahun 1900 seorang ahli matematika dan fisika Inggris Lord Kelvin menemukan bahwa sebuah titik bertekanan (pressure point) yang bergerak di suatu fluida akan membentuk :

A.      Sistem gelombang memencar (diverging wave):

B.      Sistem gelombang melintang (transverse wave)

•      Untuk kedalaman laut yang sangat dalam hingga tidak terhingga gelombang akan membentuk suatu lintasan berbentuk lingkaran seperti gambar berikut :

Gambar 1.9

•      Sedangkan pada perairan dangkal gelombang akan membentuk suatu lintasan berbentuk elips seperti gambar berikut

Gambar 2.0

-Hambatan tekanan adalah hambatan yang muncul dari pergerakan kapal mengakibatkan gaya tekan.

-Hamabatan udara adalah hambatan yang muncul karena adanya gangguan dari udara yang bergerak (angin) dimana factor yang paling mempengaruhi adalah bangunan atas (superstructure), semakin besar superstructure maka hambatan yang ditangkap juga semakin besar.

-Hambatan appendik  adalah hambatan yang terjadi akibat adanya appendex pada labung kapal dibawah garis air seperti lunas, penyangga poros propeller, lubang bow thruster.

v  Hal yang mempengaruhi hambatan gesek (Rf) : panjang kapal, kecepatan , fluida (tingkat viskositas), luas permukaan basah. Kesemuanya berbanding lurus.

v  Hal yang mempengaruhi hambatan sisa (Rr): 1) masuk dan keluar air, 2) parallel middle body, 3) haluan dengan bulbous, 4) gembung buritan, 5) bentuk buritan kapal

v  Memperkecil hambatan sisa (Rr) : - mengurangi/memperkecil  bidang basah dengan cara mengoptimalkan daya angkat kapal

Gambar 1.3

l d

- mengurangi aliran turbulen, pada kapal Yacth biasa dipasang Scheel keel, shallow draft, no centerboard, lowest possible ballast, max stability and sail carrying capacity.

 

Gambar 1.4

v  Fomasi praktis Telfer (menghitung hambatan total)

v  Aliran Laminar adalah aliran air yang stream line atau halus

dan Turbulence adalah aliran air yang tidak halus atau bergejolak

 

Gambar 1.5

factor yang mempengaruhi : jenis fluida, kecepatan kapal, bentuk dan ukuran kapal, permukaan basah kapal, kedalaman air, viskositas.

Laminer nilai Rn < 10⁵ sedangkan Turbulence Rn > 10⁶

v  Syarat model : 1) kesamaan geometri , 2) kesamaan Kinematik, 3) kesamaan Dinamik

1. 1. kesamaan Geometris

v  Harus dipenuhinya secara alamiah baik kesamaan bentuk maupun kondisi permukaan luar dari kedua benda tsb.

v  Hasil perhitungan percobaan model harus ditambah angka koreksi.

v  Permukaan air di tangki harus sama dengan permukaan laut. Dipakai kondisi tenang.

Gambar 1.6

2. kesamaan kinematis

         

Percobaan dengan memperhatikan gerakan-gerakan partikel fluida yang menyelubungi model dan kapal sesungguhnya harus sama.

Gambar 1.7

3. kesamaan Dinamis

Percobaan dengan memperhatikan gaya-gaya yang terjadi, yaitu :

            1. Gaya-gaya inersia

            2. Gaya-gaya tekanan

            3. Gaya-gaya gravitasi

            4. Gaya-gaya viskositas

Untuk memperoleh hubungan gaya-gaya yang bekerja pada model dengan kapal sebenarnya dipakai hukum kesamaan dasar. Yaitu :

–     Hukum kesamaan dasar Newton

–     Hukum kesamaan Froud

–     Hukum kesamaan Reynold 

Propulsi

v  Bagian- bagian propeller

-          Hub: Silinder padat yang terletak di pusat baling-baling. Bosan untuk mengakomodasi mesin poros propeller, dimana bilah baling-baling yang terpasang.

Gambar 2.1

-          Keyway: Kebanyakan poros baling-baling transit torsi dari poros ke baling-baling melalui tombol. Kuncinya adalah panjang, ramping persegi panjang dari logam sepanjang poros yang cocok ke dalam slot atau alur pasak digiling (dipotong) ke dalam interior hub.

Gambar 2.2

-          Blades: daun baling- baling

Gambar 2.3

-          Blade Face and Blade Back: blade face: Untuk Blade Face adalah bagian sisi daun baling2 yang menghadap kebelakang atau dapat diartikan yang mendorong air kebelakang, tekanan pada sisi ini lebih besar disbanding dengan blade back. Sedangkan Blade back adalah sisi yang menghadap ke hulu kapal atau dapat diartikan yang mempunyai tekanan lebih kecil karena hanya menghisap air sedangkan pada face blade mendorong air.

Gambar 2.4 

 

-          Blade Number, Blade Root and Blade Tip:

Jumlah Blade adalah jumlah pisau baling-baling atau daun baling- baling

Blade Root adalah daerah fillet. Wilayah transisi dari permukaan pisau dan tepi ke pinggiran hub. Daerah di mana pisau menempel pada hub. 
Blade Tip ini mencapai maksimum daun baling- baling dari pusat hub. Memisahkan tepi terkemuka dan trailing.

Gambar 2.5

-          Leading and Trailing Edges

Gambar 2.5

v  Karakteristik propeller

3 karakteristik utama propeller :

a.      Diameter adalah jarak maksimum lingkaran blade propeller.

Gambar 2. 6

b.      Revolution per Minute adalah kecepatan putaran per menitnya.

Gambar 2. 7

c.       Pitch:

Pitch didefinisikan sebagai kemampuan maju atau gerak maju propeller untuk satu kali putaran baling2 (blade)

Gambar 2. 8

v  Teori momentum Propeller : Trust dihasilkan oleh perbedaan tekanan oleh kerja propeller

Gambar 2.9

v  Teori elemen daun : Trust dihasilkan pada elemen daun propeller bekerja sebagai airfoil yang menghasilkan lift

Gambar 2.9

v  Jumlah daun baling- baling, bentuk daun kavitasi, Ratio geometris

Untuk menentukan jumlah baling- baling, sebagai berikut:

-          Untuk menentukan bentuk daun, sebagai berikut:

Dua bentuk yang paling umum digunakan adalah ogival dan airfoil.

•      Airfoil Section

+      :menghasilkan thrust yang sangat besar

 -      : kavitasi yang ditimbulkan terlalu cepat

•      Ogival Section

    +     : kavitasi tidak timbul secepat pada airfoil section

    -      :  thrust yang dihasilkan tidak sebesar airfoil section

 

Gambar 2.10

-          Untuk menentukan jumlah daun baling- baling, sebagai berikut: menentukan jumlah baling- baling harus mempertimbangkan hal- hal atau faktor2 yang berpengaruh terhadap jumlah propeller agar diperoleh jumlah daun yang paling efisien.

Faktor- factor yang berpengaruh terhadap jumlah daun sebagai berikut:

1. Aliran air Daun Baling –baling: Aliran air.( berbanding lurus)

 2. Balance (tipping Moment): “tipping moment”. ( berbanding terbalik)

 3. Total thrust ( besarnya daya dorongan): Daya dorong.(berbanding lurus)

 4. Getaran pada Hull: Getaran Yang ditimbulkan. (berbanding terbalik)

Gambar 2.11

-          Kavitasi: Kavitasi terjadi ketika tekanan dalam fluida turun sampai

 tekanan uap-nya (vapor pressure)

Gambar 2.12

-          Ratio geometris:

v  Efisiensi propeller

-          Sebaiknya dalam perancangan propeler memiliki efisiensi 0.5 sampai 0.6

-          Nilai efisiensi yang dianggap paling baik adalah 0.55 karena merupakan rata-rata.

-          Jika perhitungan propeller memiliki efisiensi tersebut maka estimasi perhitungan dengan formula ini akurat.

v  Bp diagram adalah metode yang digunakan untuk perkiraan dalam membuat preliminarry propeller (rancangan).

Dalam metode ini dikenal harga δ yang merupakan advance coefficient yang berhubungan erat dengan theoritical propeller advance (P X N) dan real propeller speed trough the water (Va)

v  Pertimbangan jarak daun , poros, berat propeller
 

-          Jarak singgung erat kaitannya untuk menaikkan efisiensi dari diameter yang besar,menaikkan efisensi dari air yang masuk ke propeller, dan mengurangi vibrasi.

-          Jika jumlah daun ditambah dan bentuk skew diubah menjadi non-skew maka getaran dapat dihilangkan.