Dengan berputarnya baling-baling maka karenanya akan memukul air dan akibatnya kapal akan bergerak maju atau mundur.
Jumlah baling-baling kapal itu bermacam-macam antara lain dapat ditunjukan atau dijelaskan pada gambar dibawah ini.
Baling-baling Tunggal ( Single Screw ).
Baling-baling tunggal dikapal kebanyakan menggunakan baling-baling putar kanan, artinya jika mesin/baling-baling maju maka baling-baling akan berputar searah dengan jarum jam, begitu sebaliknya jika kapal/mesin mundur.
Daun baling-baling Ganda ( Twin Screw )
Pada umumnya adalah baling-baling ganda putar luar (out turning propeller) maksudnya adalah baling-baling kanan putar kanan dan baling-baling kiri putar kiri.
Daun baling-baling Tiga ( Triple Screw )
Kedudukan tiga baling-baling itu terletak/susunan satu pada masing¬masing sisinya (sisi kanan putar kanan dan sisi kiri putar kiri) dan satu lagi tepat dibelakang kemudi (ditengah-tengah) baling-baling putar kanan
Daun baling - baling empat ( Quadruple Screw )
Pada baling-baling empat ini sistim putarnya adalah sistim luar artinya dua baling-baling sebelah kanan putar kanan dan dua baling-baling kiri putar kiri
Dalam dunia perkapalan dikenal beberapa jenis baling-baling antara lain :
1. Baling-baling kisar tetap (Fixed pitch propeller)
2. Baling-baling dengan kisar dapat diubah-ubah (Controlable pitch propeller)
3. Baling-baling dengan lingkaran pelindung (Propeller in nozel)
4. Baling-baling yang tiap daunnya dapat di lepas-lepas (Detechable blade propeller)
5. Baling-baling ganda dalam satu poros (Tandem propeller) dengan putaran searah
6. Baling-baling ganda dalam satu poros dengan putaran yang berlawanan (Control rotating propeller)
Teori desain Propeller kapal
Dalam merencanakan propeller kapal terdapat berbagai teori sebagai
ladasannya, jenis-jenis teori desain propeller kapal yaitu sebagai
berikut :
1. Teori Sederhana Aksi Baling – baling ( Putaran mur pada baut )
Pada permulaan perkembangan teori yang mempelajari bekerjanya baling –
baling ulir, baling- baling dijelaskan secara sederhana. Azas yang
dipergunakan menerangkan hal tersebut adalah azas mur yang berputar pada
suatu baut. Dalam satu kisaran baling-baling harus bergerak ke depan
sejauh jarak yang sama dengan langkah ulirnya P ( pitch). Jadi, kalau
roda baling-baling berputar n kali putaran permenit maka dalam satu
menit roda baling – baling akan bergerak sejauh n kali P.
Propeller kapal tersebut dalam satu kisaran sebenarnya hanya hanya
bergerak maju sejauh jarak kurang dari n kali P. Hal ini air disebabkan
karena air dipercepat kebelakang.
Perbedaan jarak tersebut disebut Slip. Slip diperhitungkan dalam hal
propeller mediumnya adalah air bukannya benda padat seperti keadaan mur
dan baut. Menurut teori ini bahwa efisiensi baling – baking adalah
n = TVA / TnP = 1 - SRDimana :
Dimana :
T = gaya dorong ( N ; KN )
n = putaran propeller . menit
P = Pitch daun baling-baling ( m )
VA = Kecepatan air yang melalui bidang piringan baling-baling ( m / detik ; knot )
n = putaran propeller . menit
P = Pitch daun baling-baling ( m )
VA = Kecepatan air yang melalui bidang piringan baling-baling ( m / detik ; knot )
Harga slip ratio nyata Sr menggambarkan usaha untuk mengerakan air agar
air bergerak kebelakang. Harganya selalu positif agar kapal bergerak
maju ( ada usaha agar air bergerak kebelakang ). Harga slip ratio khayal
/ semu Sa dipakai untuk mengetahui bekerjanya propeller apakah normal
atau tidak.
Dari persamaan diatas bila tidak ada slip ( Sr = 0 ) nilai efisiensi ( menjadi 1 atau 100 % . Hhal ini tidak mungkin sebab bila tidak ada slip berarti tidak ada percepatan air ditimbulkan oleh baling-baling untuk menghasilkan dorongan. Disebabkan karena adanya kemungkinan nilai Sr dapat menjadi nol maka teori ini tidak cocok dipergunakan untuk menerangkan fenomena baling-baling kapal. Oleh karena itu dikembangkan teori lain.
2. Teori Momentum Propeller kapal
Teori ini menganggap bahwa propeller sebagai alat untuk mempercepat pindahnya air sampai ketempatnya didepan daun baling-baling ( dibelakang kapal ). Air akan mengalami percepatan aksial (a ) dan menimbulkan slip dengan kecepatan kearah belakang kapal akibat gerak berputarnya daun baling-baling dengan letaknya yang condong terhadap sumbu baling-baling.
Reaksi yang timbul akibat percepatan air kebelakang menimbulkan gaya dorong . Air akan mengalami perlambatan yang teratur akibat gaya-gaya dariviskositas air setelah melalui propeller. Hal ini menyebabkan energi propeller terbuang sehinga ada kehilangan energi. Sumber lain yang menyebabkan kehilangan energi :
- Tahanan akibat gesekan daun baling-baling , dan
- Baling-baling memberi putaran pada arus slip untuk mempercepat air.
Efisiensi propeller dinyatakan dengan sebagai perbandingan kerja yang
berguna untuk menggerakan kapal dengan kerja yang diberikan propeller.
Dengan adanya percepatan air a yang terdorong kebelakang kapal menyebabkan efisiensi ( = 100 % maka a = 0 . Berarti air tidak dipercepat yang menyebabkan tidak ada gaya dorong yang diberikan oleh propeller kepada kapal.
Kemungkinan untuk memperbesar efisiensi adalah dengan memperkecil percepatan arus slip. Hal ini dilakukan dengan mamakai propeller dengan diameter besar dan diputar selambat mungkin. Dari segi teori momentum , baling-baling disamakan dengan jenis propulsi jet karena arus slip yang dipercepat kebelakang merupakan arus jet.
3. Teori Elemen Daun Propeller kapal
Teori elemen daun memakai cara penjumlahan gaya-gaya dan momen-momen yang timbul pada setiap potongan melintang daun (aerofil) sepanjang radius baling-baling. Sebuah daun propeller yang dipotong membentuk aerofil ini bergerak diair dengan kecepatan V dengan suatu sudut pengaruh terhadap arah geraknya.
Pada permukaan punggung aerofil tekananya rendah , sedang pada bagaian bawah aerofil tekananya tinggi . Akibatnya timbul efek isapan kearah pungung aerofil. Resultan dari gaya-gaya tekanan iniadalah Fn. Akibat gesekan , muncul pula gaya Ft. Resultan dari gaya Ft dan Fn adalah F. Arah Ft tegak lurus terhadap permukaan kerja aerofil sedang arah Ft tegak lurus arah Fn.
Gaya F diurai menjadi lift tegak lurus ( gaya angkat ) dan drag ( gaya penahan ). Arah lift tegak lurus dengan arah gerak aerofil sedang sedang arah drag tegak lurus terhadap arah lift. Besarnya lift dan drag propeller dinyatakan sebagai berikut ;
Lift : dL = C1 ½p V 2 dA
Drag : dD = Cd . ½p V
Diaman :
C1 = Koefisien lift ; CD = Koefisien Drag;
Cd = densitas fluida ; V =Kecepatan aliran fluida ;
A = Luas daerah permukaan aerofil
Kemudian lift dan drag diuraikan kearah tranlasi ( ke arah maju kapal dan kearah tegak lurus terhadap arah maju kapal ) menimbulkan gaya dorong / thrust ( sesuai arah maju kapal ) dan gaya torsi / torque ( arahnya tegak lurus arah gerak maju kapal ).
Besarnya thrust dan torque propeller dinyatakan sebagai berikut.
DT = dL . cos B – dD . sin B
DQ = (dL . sin B + dD . cos B ) r
Thrust : T = Z S R rH dQ . dR
Torque : Q = Z S R rH dQ . dR
T = thrust / gaya dorong ; Q = Torsi / Torque
Z = Jumlah daun baling-baling ; R = jari-jari propeller
r = jari-jari propeller sampai pada penampang yang ditinjau
rH = jari-jari hub
Hal-hal yang harus dipelajari dan diperkirakan dengan sebaik-baiknya untuk memperhitungkan besar thrust dan torqoe dengan sempurna adalah Air yang melalui aerofil (sebagai bagaian dari baling – baling ) telah mendapatkan percepatan seperti telah diterangkan pada teori mpmentum.
Gaya-gaya yang bekerja pada daun berubah karena letak karena letak daun berikutnya saling berdekatan.
4. Teori Sirkulasi propeller kapal
Teori sirkulasi didasarkan pada konsep bahwa gaya angkat yang ditimbulkan propeller disebabkan oleh adanya aliran sirkulasi yang terjadi disekeliling daun. Aliran sirkulasi menyebabkan penurunan tekanan pada punggung daun serta kenaikan kecepatan Setempat dan kenaikan tekanan pada sisi muka daun dan penurunan kecepatan setempat.
Kecepatan fluida terhadap elemen daun merupakan penjumlahan dari kecepatan tranlasi dan kecepatan sirkulasi.
Besarnya gaya angkat dari gaya tahan dinyatakan sebagai berikut :
dL = ( . V G . ( . dr
DD = CD ( ½ . ( . VG 2 ) c . dr
VG = Kecepatan fluida ; ( = sirkulasi ; c = filamen pusaran;
Dr = lebar penampang daun ; CD = Koefisien drag;
P = densitas fluida
VG = Kecepatan fluida ; ( = sirkulasi ; c = filamen pusaran;
Dr = lebar penampang daun ; CD = Koefisien drag;
P = densitas fluida
Menurut teori ini diperhitungkan untuk merencanakan propeller dapat dilakukan dengan dua cara :
- Perhitungan untuk mencari geometri propeller terbaik
- Perhitungan untuk mengetahui karakter propeller yang sudah diketahui geometrinya.
5 Efisiensi propeller
Adanya kerugian – kerugian tenaga pada propelle menentukan efisiensi propeller. Ada empat macam efisiensi propeller.
Adanya kerugian – kerugian tenaga pada propelle menentukan efisiensi propeller. Ada empat macam efisiensi propeller.
Efisiensi lambung / hull efisiensi, Propeller bekerja menghasilkan gaya dorong pada badan kapal ( thrust T ) pada suatu kecepatan aliran air VA yang memasuki budang piringan atau diskus propeller. Akibatnya , kapal begerak pada kecepatan Vs. Hasil perkalian T . VA merupakan tenaga kuda yang diberikan baling-baling / propeller yang berwujud sebagai gaya dorong. Hasil itu disebut Thrust Horse Power ( THP ).
Hasil perkalin tahanan total kapal RT dengan kecepatan kapal Vs merupakan tenaga kuda efektif kapal . Hasil perkalian tahanan total ini disebut efektif horse power ( EHP ).
Harga perbandingan EHP dengan THP disebut hull efisiensi / efisiensi lambung / efisiensi badan kapal.
Hull effisiensi = e h = EHP = ( 1 – t ) THP ( 1 – w ) t = thrust deduction ; w = wake faction menurut Taylor Harga eh biasanya lebih dari satu sebab untuk kapal – kapal type biasa dan berbaling baling tunggal harga w lebih dari t merupakan fungsi dari w.
6. Effisiensi Baling-baling / Propeller Effisiensi
Kerigian energi baling – baling disebabkan oleh dua factor utama, yaitu :
- Kerugian akibat sejumlah massa yang bergerak berputar kebelakang. Energi dihabiskan akibat geseka-gesekan dari partikel air itu sendiri . Kerugian ini dapat dikurangi dengan mempergunakan system putaran lambat pada massa air yang banyak. Jadi, dipergunakan baling-baling dengan diameter besar dengan jumlah putaran yang lambat. Meskipun demikian baling-baling dengan diameter sebesar bagaimanapun tidak akan mempunyai effisiensi lebih dari 70 %.
- Kerugian karena adanya daya tahan pada daun propeller sewaktu bergerak didalam air. Hal ini disebabkan oleh viskositas air dan gesekan air pada daun tersebut . Kerugian ini dikurangi denganmempergunakan daun propeller yang sempit. Dengan mempersempit luas tiap daun maka luas permukaan daun berkurang. Untuk mendapat luasan permukaan daun total yang sama seperti sebelum daun dipersempit maka jumlah daun ditambah tetapi effisiensi daun berkurang.
Menurut hasil percobaan ditangki percobaan, Hanya sedikit exit perbedaan
effisiensi pada propeller berdaun tiga dengan empat dan antara empat
dengan lima. Effisiensi akan berkurang dengan bertambahnya jumlah daun
propeller Z.Keuntungan daun propeller berdaun banyak untuk mengurangi
getaran kapal yang ditimbulkan oleh propeller terutama pada besar dengan
propeller tunggal.
Propeller effisiensi didefinisikan sebagai berikut :
Propeller effisiensi didefinisikan sebagai berikut :
Ep = T H P
D H P
DHP ( Delivered horse power ) yaitu tenaga kuda yang ditranmisikan dari poros kepropeller. DHP diukur dengan percobaan open water test. Propeller diciba tanpa dipasang pada model kapal. Besarnya DHP ini berbeda dengan DHP sesungguhnya./ Perbandingan antara kedua DHP yang berbeda tersebut menghasilkan relative rotative efficiency ( err).
7. Propulsive Coefficient ( PC )
Propulsive coefficiency adalah harga perbandingan antara EHP ( dari bahan kapal tanpa adanya tonjolan – tonjolan dan kelonggaran – kelonggaran lain) dengan BHP untuk motor diesel dan SHP ( shaft horse power / daya yang disalurkanmesin ke poros ) untuk kapal –kapal turbin.
PC = EHP ; PC = EHP BHP SHP
8. Relative Rotative Efficiently
Quasi Propulsive Coefficient ( QPC ) adalah nilai koeffisien yang
dipergunakan untuk menjaga agar nilai PC tidak berubah akibat berubahnya
effisiensi mekanis mesin induk.Nilai QPC ini menggantikan nilai PC.
Harga PC lebih besar dari nilai hasil perkalian eh dengan ep. Hal ini
disebabkan timbunya factor yang disebut Relative Rotative Efficiency (
err ) sehinga nilai PC menjadi QPC , QPC = eh. Ep. Err.
Hal tersebut berlaku dalam percobaan self Propuled. Percobaan ini
adalah percobaan model kapal yang dilengkapi dengan model
balong-baling dan dapat bergerak sendiri ditangki percobaan sesuai
kecepatan yang ditentukan. Model kapal mempergunakan propeller tunggal.
Harga propeller effisiensi pada open water test ep, harga wake dan harga
thrust deducation diikutsertankan dalam perhitngan.
Dalam perencanaan propeller sebaiknya nilai err yang dipakai tidak lebih dari 1,03 dengan mengabaikan apakah ada tonjolan – tonjolan ( tiang kemudi ; bagain depan kemudi yang dipasang dibelakang atau dimuka propeller.
9. Kavitasi propeller
Secara singkat kavitasi adalha pembentukan gelembung –gelembung pada permukaan daun. Sering terjadi pada bagaian belakang permukaan daun / back side. Kavitasi baru diketahui tahun 1890 oleh charles parson ( inggris ) dari pengalamanya mengenai perahu-perahu kecepatan tinggi. Peristiwa itu ia buktikan pada kapal turbin.
Apabila tekanan pada permukaan pungung daun dikurangi sampai suatu harga
dibawah tekanan statis fluida maka akan menyebabkan tekanan daun
menjadi negatif. Pada kenyataanya tekanan negatif tidak dapat terjadi.
Hal ini menyebabkan suatu reaksi lain. Fluida meninggalkan permukaan
daun kemudian membentuk gelembung-gelembung / kavitasi . Gelembung –
gelembung ini berisi udara atau uap air. Gelembung-gelembung terjadi
ditempat puncak lengkungan tekanan rendah.
Gelembung – gelembung yang terjadi akan melintasi dan menyusur permukaan
daun sampai kebelakang daun dan akan hancur pada daerah yang tekananya
tinggi disbanding tekanan yang terjadi pada permukaan punggung daun.
Gaya yang terjadi pada proses penghancuran gelembung-gelembung ini kecil
tetapi luas permukaan yang dipengaruhi oleh gaya ini lebih kecil
disbanding gaya yang mempengaruhinya sehingga akan timbul tekanan yang
besar berwujud letusan. Gaya letusan ini menyebabkan ratique / lelah
pada daun.
Teori lain menyatakan bahwa peletusan atau penghancuran
gelembng-gelembung tidak terjadi. Hal ini terjadi adalah gelembung tdi
mengecil sampai sangat kecil dan bertekanan sangat tinggi. Tekanan yang
sangat tinggi ini menyebabkan ratique pada permukaan daun.
Peletusan gelembng kavitasi dapat dikurangi dengan menghindari adanya
puncak tekanan rendah yang menyolok pada punggung permukaan daun.
Tekanan rendah yang terjadidapat diperbaiki dan puncak yang menyolok
dapat diratakan dengan mengurangi beban permukaan daun. Jadi, dengan
memperluas permukaan daun dapat mengurangi kavitasi.
- Akibat yang Ditimbulkan Oleh Kavitas propeller
- Timbul erosi dan getaran yang menyababkan daun retak. Erosi disebabkan oleh aksi mekanis terbentuknya dan terurainya gelembung-gelembung kavitasi.
- Effisiensi turun. Hal ini disebabkan oleh sifat dari bentuk aerofil tidak dapat lagi menghasilkan gaya propulsi.
- Pencegahan Kavitasi propeller
- Menambah luas daun baling baling dengan cara memperbesar tiap daunya Hal ini dilakukan untuk mengurangi beban yang dialami oleh daun setiap luas.
- Mempergunakan type irisan daun yang dapat mengurangi terjadinya puncak tekanan rendah yang menyolok dipermukaan punggung daun. Juga diusahakan agar tekanan rendah yang terjadi dipermukaan daun dapat serat mungkin.
Terowongan kavitasi dipergunakan untuk mempelajari kavitasi. Cara
kerjanya sama dengan terowongan angin yang dipakai untuk keperluan
aeronautika. Model baling-baling ditempatkan dalam terowongan yang
berisi air dengan tekanan fluida yang dapat diatur sehinga model
propeller seolah-olah bekerja sesuai dengan kerja propeller yang
sebenarnya.
Air diputar sepanjang terowongan tertutup. Model propeller yang diuji ditempatkan didalam terowongan dan kecepatan propeller diatur. Model propeller ini dipantau melalui jendela kaca disisi terowongan.
Dengan memperguanakan terowongan ini , haraga thrust, torque, effisiensi baling-baling pada berbagai harga slip dan perihal kavitasinya dapat diketahui . Yang penting adalah mengetahui kapan kavitasi mulai terjadi. Hal ini dilihat melalui jendela kaca pemeriksaan.
Melalui jendela kaca , baling-baling terlihat seolah diam tidak berputar. Ditempat baling-baling dipasang lampu Stroboskopik yang bersinar dan padam secara bergantian setiap satu kali putaran baling-baling terlihat seolah diam. Terowongan ini dapat juga dipakai pada keadaan tidak berkavitasi.
Air diputar sepanjang terowongan tertutup. Model propeller yang diuji ditempatkan didalam terowongan dan kecepatan propeller diatur. Model propeller ini dipantau melalui jendela kaca disisi terowongan.
Dengan memperguanakan terowongan ini , haraga thrust, torque, effisiensi baling-baling pada berbagai harga slip dan perihal kavitasinya dapat diketahui . Yang penting adalah mengetahui kapan kavitasi mulai terjadi. Hal ini dilihat melalui jendela kaca pemeriksaan.
Melalui jendela kaca , baling-baling terlihat seolah diam tidak berputar. Ditempat baling-baling dipasang lampu Stroboskopik yang bersinar dan padam secara bergantian setiap satu kali putaran baling-baling terlihat seolah diam. Terowongan ini dapat juga dipakai pada keadaan tidak berkavitasi.
Pro
Mantap bg
BalasHapus