Sistem propulsi kapal
Propulsi water jet telah lama
dikenal dan digunakan sebagai sistem penggerak untuk berbagai jenis kapal, namun
aplikasi secara luas masih terbentur pada efisiensi propulsifnya
yang relatif rendah jika dibandingkan dengan sistem propulsi kapal yang
menggunakan propeller, terutama pada saat kecepatan kapal yang
relatif rendah. Seiring dengan kemajuan IPTEK saat ini penggunaan sistem
propulsi water jet sebagai penggerak kapal menunjukkan
kecenderungan yang meningkat, baik dalam hal besarnya ukuran kapal, tipe/jenis kapal ataupun
usaha-usaha secara teknis guna meningkatkan kecepatan kapal yang lebih tinggi.
Aplikasi
dari sistem propulsi water jet kapal ini sering dijumpai
terutama untuk kapal – kapal yang dirancang berkecepatan tinggi, karena
berdasarkan penelitian – penelitian yang telah dilaksanakan menunjukkan bahwa sistem propulsi water jet memiliki keistimewaan yang
tidak ada kaitannya dengan efisiensi propulsifnya. Adapun beberapa keistimewaan
yang dimiliki oleh sistem propulsi water jet adalah, sebagai berikut
:
•
Dengan tidak terdapatnya propeller dan kemudi diluar kapal, sehingga tidak terjadi
obyek-obyek yang dapat memperbesar tahanan total kapal.
•
Sangat memungkinkan untuk dioperasikan di perairan yang tidak dalam / dangkal.
•
Mempunyai kemampuan akselerasi yang baik.
•
Mempunyai kemampuan olah gerak kapal yang baik pada saat kecepatan kapal yang
relatif rendah.
•
Mempunyai keunggulan pada saat olah gerak kapal pada kecepatan kapal yang
relatif tinggi.
•
Penempatan suction propeller (impeller) didalam
selongsong saluran air pada badan kapal, akan dapat mengurangi terjadinga eksitasi getaran
maupun tingkat kebisingan pada kapal.
•
Pada saat kecepatan kapal yang relatif tinggi, efisiensi propulsif dapat
diusahakan cukup tinggi sehingga dapat dibandingkan dengan sistem penggerak
propeller.
Kapal water jet merupakan kapal yang dalam
pengoperasiannya menggunakan sistem semburan air sebagai media pendorongnya,
sehingga kapal dapat bergerak sesuai dengan kecepatan kapal yang
diinginkan. Kapal yang menggunakan sistem
propulsi water jet memiliki dua ruang lingkup sistem, yang terdiri
dari sistem lambung kapal yang polos (bare hull system) dan sistem water
jet (water jet system).
Yang
dimaksud dengan sistem lambung kapal polos atau bare hull system adalah
badan kapal tanpa water jet terpasang didalamnya. Namun dalam perhitungan berat
serta posisi titik berat kapal (center of gravity) harus merupakan berat
badan kapal dalam keadaan beroperasi dilaut, sehingga harus diikutsertakan juga
berat air yang masuk melalui sistem water jet (entrained water).
Sedangkan sistem water jet, umumnya terdiri dari sistem pompa (pump system)
dan sistem saluran (ducting system). Sistem pompa
berfungsi untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga hidrolis. Sedangkan
sistem saluran berfungsi untuk mengarahkan laju aliran dari lingkungan ke pompa
dan dari pompa untuk kembali ke lingkungan.
Keberadaan sistem pompa (water jet pump)
pada sistem propulsi water jet sama halnya dengan keberadaan
motor pendorong pokok pada kapal – kapal lainnya. Akan tetapi bedanya pada
sistem ini masih harus ada penggerak utama yang digunakan untuk menggerakkan
pompa water jet, dapat berupa mesin diesel, turbin gas, motor
listrik dan yang lainnya sejauh masih memungkinkan untuk digunakan. Sistem
propulsi water jet memiliki komponen – komponen utama yang sangat
menentukan kinerjanya, yang dalam pemilihannya sebagai suatu sistem propulsi
lebih rumit dan kompleks jika dibandingkan dengan pemilihan baling – baling
(propeller). Komponen – komponen tersebut meliputi mesin penggerak dan sistem
transmisinya, pompa, thrust nossel yang dilengkapi dengan deflektor, thrust
vectoring dan mekanisme pembalik, diffuser, ducting dan inlet (intake). Dalam
prosesnya, air dari lingkungan akan dihisap melalui intake sebagai lubang
pemasukan di dasar kapal, kemudian laju aliran fluida yang terhisap akan dipercepat
oleh aktuator yang biasanya berupa pompa mekanis dan selanjutnya fluida
disemburkan ke lingkungan kembali malalui nossel sebagai lubang pengeluaran
yang terletak persis di atas permukaan air. Semburan air yang keluar melalui
nossel diatur oleh deflektor untuk mengatur pergerakan maju atau mundurnya
kapal sesuai dengan yang diinginkan Laju aliran air yang tersembur melalui
lubang nossel akan menghasilkan gaya dorong (thrust), hal ini
dikarenakan adanya kenaikan kecepatan aliran yang masuk melalui saluran untuk
kemudian menyebabkan terjadinya perbedaan momentum, sehingga dapat membuat
kapal dapat bergerak. Perhatian yang utama dari sistem propulsi water
jet adalah
keseimbangan antara gaya dorong yang dibutuhkan untuk
mendorong kapal sehingga dapat bergerak maju sesuai dengan kecepatan yang
direncanakan dengan gaya dorong sesungguhnya yang diberikan oleh sistem
propulsi water jet.
Oleh karena itu perlu dipertimbangkan efisiensi
dari sistem propulsi water jet, yang bisa didapatkan dari efisiensi
sistem – sistem yang menyusunnya. Efisiensi dari sistem water jet pada kondisi
ideal dapat dengan mudah ditentukan dari komponen – komponen utama yang
menyusunnya. Namun pada pengoperasian yang sebenarnya efisiensi dari sistem ini
sangat sulit ditentukan karena adanya kerugian – kerugian oleh aliran yang
tercekik (ingested), tidak seragamnya kecepatan aliran, masuknya udara
kedalam aliran dan adanya kerugian – kerugian pada komponen – komponenlainnya
seperti selubung, pompa, impeller dan komponen lainnya. Disini terlihat bahwa
terdapat suatu interaksi antara sistem badan kapal dengan sistem
propulsi water jet yang mempengaruhi efisiensi keseluruhan darikapal yang
menggunakan penggerak water jet. Kondisi – kondisi tersebut
mengakibatkan perencanaan sistem propulsi water jet di kapal sangat
sulit dilaksanakan dengan tepat. Sehingga dalam perencanaan sistem propulsi
water jet, pada umumnya perhitungan yang dilaksanakan adalah dengan kondisi
yang diidealkan.
KARAKTERISTIK SISTEM PROPULSI WATER JET
Pengalaman telah membuktikan bahwa semua metode untuk
mendorong benda pada medium fluida didasarkan pada prinsip reaksi (reaction principle) yang pertama kali ditemukan oleh
Sir Issac Newton (1642 – 1727). Prinsip reaksi menyatakan bahwa setiap aksi
akan menimbulkan reaksi yang sama besarnya tetapi berlawanan arahnya. Contoh –
contoh pada prinsip reaksi sudah banyak di kenal, misalnya jika kita menembak
dengan senapan maka akan ada reaksi dari senapan yaitu berupa gaya dorong ke
belakang. Penerapan prinsip reaksi hanya berbeda pada metode – metode dan
mekanisme – mekanisme yang digunakan untuk menghasilkan suatu aksi gerakan.
Pada sistem propulsi water jet,dengan adanya aksi gaya dorong akan
menyebabkan kapal dapat bergerak ke depan dengan kecepatan tertentu dan reaksi
dari fluida terhadap kapal akan menimbulkan tahanan
(resistance). Gaya dorong (thrust) yang dihasilkan sistem
propulsi water jet diakibatkan karena adanya kenaikan momentum aliran
dari saluran inlet sampai outlet nossel.
(1) Gaya Dorong sistem propulsi
water jet
Di towing tank, pengukuran gaya dorong dan
torsi secara langsung seperti kapal dengan sistem penggerak water jet,
pendekatan yang dilakukan adalah dengan menggunakan hukum kekekalan dasar
momentum dan energi untuk menghitung gaya dorong dari sistem water jetnya.
Bersamaan dengan berkembangnya penggunaan sistem propulsiwater jet di
kapal, pengkajian yang lebih intensif dan mendalam telah dilakukan dan
menghasilkan kesimpulan bahwa penggunaan teori momentum dasar saja tidak dapat
dibenarkan, karena teori ini mengabaikan pengaruh – pengaruh sekunder yang juga
berperan dalam pencapaian efisiensi propulsif untuk dapat dibandingkan dengan
propeller. Secara garis besar, teori dasar momentum tetap dapat digunakan
karena memuat hukum dasar untuk penghitungan sistem penggerak water jet. Tetapi
selanjutnya, dalam penggunaan teori momentum dasar tersebut harus dikoreksi
dengan pengaruh praktis dilapangan melalui pengujian model phisik. Gaya dorong
merupakan aksi dari pompa yang mengakibatkan fluida mengalir melalui saluran
dengan memberikan energi pada sistem, kemudian dirubah oleh nossel sehingga
terjadi kenaikan momentum aliran.
(2) Daya Dorong Efektif sistem
propulsi water jet
Daya
dorong efektif (PE) sistem propulsi water jet adalah
besarnya daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan kapal dengan kecepatan
tertentu. Daya dorong yang dihasilkan suatu sistem propulsi harus mampu
mengatasi beban tahanan aliran agar kecepatan yang direncanakan dapat tercapai.
(3) Head Loss Pada Sistem Saluran sistem propulsi
water jet
Bila suatu fluida mengalir dari satu titik ke titik
lainnya maka aliran fluida tersebut akan menimbulkan energi mekanik Pada
aliran fluida yang mempunyai kekentalan maka efek dari gesekan akan menimbulkan
adanya perubahan energi dalam (internal energy) pada fluida tersebut, sehingga
akan menimbulkan adanya perubahan
energi mekanik dari fluida tersebut.
(4) Daya Pompa sistem propulsi water jet
Aksi dari impeller pompa akan menyebabkan fluida dapat
mengalir pada tekanan dan laju aliran tertentu. Tetapi hal ini juga akan
mengakibatkan adanya kerugian energi sehingga harus dipertimbangkan dalam
perencanaan instalasinya. Berdasarkan prinsip Naval Architecture1988
untuk perencanaan sistem propulsi water jet yang baik, besarnya
faktor kerugian inlet ( ΞΆ ) disarankan antara 0,15 sampai dengan 0,35. Pada
umumnya sistem propulsi water jetmenggunakan pompa khusus dimana
konstruksinya menyatu dengan instalasi (ducting) sehingga koefisien kerugian
pipa telah diperhitungkan dalan desain pompa awal oleh pihak pabrik pembuat
pompa. Head pompa merupakan merupakan besarnya head tekan yang dihasilkan oleh
sistem pompa untuk mengatasi kerugian aliran pada sistem propulsi water
jet, maka head tersebut tergantung pada sistem instalasi dimana pompa
tersebut akan dipasang.