BALING-BALING KAPAL

Engine Propeller Matching 1
ENGINE-PROPELLER MATCHING





I. REVIEW TENTANG DAYA MOTOR PENGGERAK
KAPAL


1. DEFINISI & FORMULA

Secara umum kapal yang bergerak di media air dengan kecepatan tertentu, maka akan
mengalami gaya hambat (resistance) yang berlawanan dengan arah gerak kapal
tersebut. Besarnya gaya hambat yang terjadi harus mampu diatasi oleh gaya dorong
kapal (thrust) yang dihasilkan dari kerja alat gerak kapal (propulsor). Daya yang
disalurkan (PD ) ke alat gerak kapal adalah berasal dari Daya Poros (PS), sedangkan
Daya Poros sendiri bersumber dari Daya Rem (PB) yang merupakan daya luaran motor
penggerak kapal.

Ada beberapa pengertian mengenai daya yang sering digunakan didalam melakukan
estimasi terhadap kebutuhan daya pada sistem penggerak kapal, antara lain : (i) Daya
Efektif (Effective Power-PE); (ii) Daya Dorong (Thrust Power-PT); (iii) Daya yang
disalurkan (Delivered Power-PD); (iv) Daya Poros (Shaft Power-PS); (v) Daya Rem
(Brake Power-PB); dan (vi) Daya yang diindikasi (Indicated Power-PI).

Daya Efektif (PE) adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya
hambat dari badan kapal (hull), agar kapal dapat bergerak dari satu tempat ke tempat
yang lain dengan kecepatan servis sebesar VS. Daya Efektif ini merupakan fungsi dari
besarnya gaya hambat total dan kecepatan kapal. Untuk mendapatkan besarnya Daya
Efektif kapal, dapat digunakan persamaan sebagai berikut ;

Vs R P T E * = (1)

, dimana :

PE = Daya Efektif, dlm. satuan kWatt
RT = Gaya Hambat Total, dlm. satuan kN
VS = Kecepatan Servis kapal [{Kec. dlm Knots} * 0.5144 = {Kec. dlm m/det}]


Daya Dorong (PT) adalah besarnya daya yang dihasilkan oleh kerja dari alat gerak
kapal (propulsor) untuk mendorong badan kapal. Daya Dorong merupakan fungsi dari
gaya dorong dan laju aliran fluida yang terjadi saat alat gerak kapal bekerja. Adapun
persamaan Daya Dorong dapat dituliskan sebagai berikut ; ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 2

Va T PT * = (2)
, dimana :
PT = Daya Dorong, dlm. satuan kWatt
T = Gaya Dorong, dlm. satuan kN
Va = Kecepatan advanced aliran fluida di bagian Buritan kapal [m/det]
= Vs ( 1 – w ); yangmana w adalah wake fraction (fraksi arus ikut)


Daya Yang Disalurkan ( PD ) adalah daya yang diserap oleh baling-baling kapal guna
menghasilkan Daya Dorong sebesar PT, atau dengan kata lain, PD merupakan daya yang
disalurkan oleh motor penggerak ke baling-baling kapal (propeller) yang kemudian
dirubahnya menjadi Daya Dorong kapal (PT). Variabel yang berpengaruh pada daya ini
adalah Torsi Yang Disalurkan dan Putaran baling-baling, sehingga persamaan untuk
menghitung PD adalah sebagai berikut ;

P D D n Q P π 2 = (3)

, dimana :

PD = Daya Yang Disalurkan, dlm. satuan kWatt
QD = Torsi Baling-baling kondisi dibelakang badan kapal, dlm. satuan kNm
nP = Putaran Baling-balin, dlm. satuan rps

Daya Poros (PS) adalah daya yang terukur hingga daerah di depan bantalan tabung
poros (stern tube) dari sistem perporosan penggerak kapal. Untuk kapal-kapal yang
berpenggerak dengan Turbin Gas, pada umumnya, daya yang digunakan adalah PS.
Sementara itu, istilah Daya Rem (Brake Power, PB ) adalah daya yang dihasilkan oleh
motor penggerak utama (main engine) dengan tipe marine diesel engines.



Gambar 1 – Gaya-gaya Yang Bekerja Pada Sistem Penggerak Kapal

Pada sistem penggerak kapal yang menggunakan Marine Diesel Engines ( type of
medium to high speed ), maka pengaruh rancangan sistem transmisi perporosan adalah ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 3
sangat besar didalam menentukan besarnya daya PS. Jika kamar mesin terletak
dibelakang dari badan kapal, maka besarnya losses akibat sistem transmisi perporosan
tersebut adalah berkisar 2 - 3 %. Namun bila kamar mesin terletak agak ke tengah atau
jauh di depan, maka besarnya losses akan semakin bertambah.


2. EFISIENSI PADA SISTEM PENGGERAK KAPAL

Sistem penggerak kapal memiliki beberapa definisi tentang daya yang ditransmisikan
mulai dari daya yang dikeluarkan oleh motor penggerak hingga daya yang diberikan
oleh alat gerak kapal ke fluida sekitarnya. Rasio dari daya-daya tersebut sering
dinyatakan dengan istilah efisiensi, meskipun untuk beberapa hal sesungguhnya
bukanlah suatu nilai konversi daya secara langsung.

Efisiensi Lambung, 0HULL, adalah rasio antara daya efektif (PE) dan daya dorong (PT).
Efisiensi Lambung ini merupakan suatu bentuk ukuran kesesuaian rancangan lambung
(stern) terhadap propulsor arrangement-nya, sehingga efisiensi ini bukanlah bentuk
power conversion yang sebenarnya. Maka nilai Efisiensi Lambung inipun dapat lebih
dari satu, pada umumnya diambil angka sekitar 1,05.

Perhitungan-perhitungan yang sering digunakan dalam mendapatkan efisiensi lambung
adalah sebagai berikut :

T
E
HULL P
P = η (4)

a
S
HULL V T
V R
×
× = η

) 1 (
) 1 (
w V T
V t T
S
S
HULL − ×
× − = η


) 1 (
) 1 (
w
t
HULL −
− = η (5)


t dan w merupakan propulsion parameters, dimana t adalah Thrust Deduction Factor
yang dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut ;

T
R
t − = 1 (6)

tstandar 12 , 0 5 , 0 − × = P C ; utk. Kapal dng Baling-baling Tunggal
19 , 0 5 , 0 − × = P C ; utk. Kapal dng Baling-baling Kembar
©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 4
, dimana CP = Koefisien Prismatik =
m m A L C T B L •
∀ =
• • •
∀ (7)

Sedangkan, w adalah wake fraction yang dapat dicari dengan menggunakan persamaan
sebagai berikut,

S
A
V
V
w − = 1 (8)

wstandar
P C • = 70 , 0 ; Single screw ship with normal
stern

P C • = 50 , 0 ; Single screw ship with stern-
bulb

wstandar
) 4 , 0 ( 3 , 0 3 , 0 70 , 0
B
a
CP − • + − • =
; Twin screw ships.
a = Jarak antara 2 poros [m]
B = Lebar Kapal [m]

Efisiensi Baling-baling (Propeller Efficiency), 0PROP, adalah rasio antara daya dorong
(PT) dengan daya yang disalurkan (PD). Efisiensi ini merupakan power conversion, dan
perbedaan nilai yang terjadi adalah terletak pada dimana pengukuran Torsi Baling-
baling (Propeller Torque) tersebut dilakukan. Yakni, apakah pada kondisi open water
(QO) atau pada kondisi behind the ship (QD). Persamaan berikut ini menunjukkan
kedua kondisi dari Efisiensi Baling-baling, sebagai berikut ;

Efisiensi Baling-baling (Open water) :
n Q
V T
O
a
O
π
η
2
×
= (9)


Efisiensi Baling-baling (Behind the Ship) :
n Q
V T
P
P
D
a
D
T
B
π
η
2
×
= = (10)

Karena ada dua kondisi tersebut, maka muncul suatu rasio efisiensi yaitu yang dikenal
dengan sebutan Efisiensi Relative-Rotative, 0RR ; yang merupakan perbandingan
antara Efisiensi Baling-baling pada kondisi di belakang kapal dengan Efisiensi Baling-
baling pada kondisi di air terbuka, sebagai berikut ;

D
O
O
a
D
a
O
B
RR
Q
Q
nQ
V T
nQ
V T
=
×
×
= =
π
π
η
η
η
2
2
(11)

, sehingga 0RR sesungguhnya bukanlah merupakan suatu sifat besaran efisiensi yang
sebenarnya (bukan merupakan power conversion). Efisiensi ini hanya perbandingan
dari besaran nilai efisiensi yang berbeda. Maka besarnya efisiensi relative-rotative ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 5
dapat pula lebih besar dari satu, namun pada umumnya diambil nilainya adalah berkisar
satu.


Efisiensi Transmisi Poros (Shaft Transmission Efficiency), 0S , secara mekanis
umumnya dapat didefinisikan dengan lebih dari satu macam tipe efisiensi, yangmana
sangat tergantung dari bentuk konfigurasi pada stern arrangement-nya. Efisiensi ini
merupakan product dari keseluruhan efisiensi masing-masing individual komponen
terpasang. Efisiensi ini dapat dinyatakan seperti persamaan, sebagai berikut ;

S
D
S
P
P
= η (12)

Berikut ini adalah beberapa arrangement dari transmisi daya yang sering digunakan
pada sistem penggerak kapal,



Gambar 2 – Efisiensi pada Komponen Transmisi dari Sistem Propulsi Kapal


Efisiensi Keseluruhan (Overall Efficiency, 0P ), yang dikenal juga dengan sebutan
Propulsive Efficiency, atau ada juga yang menyebutnya Propulsive Coefficient
adalah merupakan hasil dari keseluruhan efisiensi di masing-masing phrase daya yang
terjadi pada sistem propulsi kapal (sistem penggerak kapal). Efisiensi Keseluruhan
dapat diperoleh dengan persamaan, sebagai berikut ;

S RR O HULL S B HULL
S
D
D
T
T
E
P
P
P
P
P
P
P
η η η η η η η η × × × = × × = × × = (13)
©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 6
0HULL, 0O, dan 0RR adalah tergantung pada karakteristik hydrodynamics, sedangkan 0S
adalah tergantung pada karakteristik mekanis dari sistem propulsi kapal. Namun
demikian, peranan yang terpenting adalah upaya-upaya guna mengoptimalkan 0P.



3. DAYA MOTOR YANG DI-INSTAL

Daya motor penggerak kapal (PB) yang dimaksud adalah Daya Rem (Brake Power)
atau daya yang diterima oleh poros transmisi sistem penggerak kapal (PS), yang
selanjutnya dioperasikan secara kontinyu untuk menggerakkan kapal pada kecepatan
servisnya (VS). Jika besarnya efisiensi mekanis pada susunan gearbox, yang berfungsi
untuk me-reduce dan me-reverse putaran motor penggerak, adalah 98 persen (seperti
ditunjukkan pada Gambar 2). Maka daya motor penggerak kapal dapat dihitung, seperti
persamaan dibawah ini ;

98 , 0
S
CSR B
P
P = − (14)

Yangmana PB-CSR adalah daya output dari motor penggerak pada kondisi Continues
Service Rating (CSR), yaitu daya motor pada kondisi 80 - 85% dari Maximum
Continues Rating (MCR)-nya. Arti phisiknya, daya yang dibutuhkan oleh kapal agar
mampu beroperasi dengan kecepatan servis VS adalah cukup diatasi oleh 80 - 85% daya
motor (engine rated power) dan pada kisaran 100% putaran motor (engine rated
speed).

Sehingga untuk menentukan besarnya daya motor yang harus di-instal di kapal, adalah
seperti yang ditunjukkan oleh persamaan sebagai berikut ;

85 , 0
CSR B
MCR B
P
P −
− = (15)

Daya pada PB-MCR inilah yang selanjutnya dapat digunakan sebagai ‘ancer-ancer’
(acuan) dalam melaksanakan proses pemilihan motor penggerak (Engine Selection
Process).











©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 7
II. KARAKTERISTIK LAMBUNG & BALING-BALING
(HULL & PROPELLER CHARACTERISTICS)


Salah satu tahapan yang sangat berpengaruh didalam melaksanakan proses Analisa
Engine - Propeller Matching adalah tahap pemodelan dari karakteristik badan kapal
yang dirancang/diamati. Hal ini disebabkan karena Karakteristik Badan Kapal
mempunyai efek langsung terhadap karakteristik baling-baling (propeller). Pada
Persamaan (9) dan (10), terlihat bahwa karakteristik badan kapal secara hidrodinamis
akan mempengaruhi terhadap kinerja propeller.


1. TAHANAN KAPAL & KECEPATAN SERVIS

Tahanan kapal ini merupakan gaya hambat dari media fluida yang dilalui oleh kapal
saat beroperasi dengan kecepatan tertentu. Besarnya gaya hambat total ini merupakan
jumlah dari semua komponen gaya hambat (tahanan) yang bekerja di kapal, meliputi
Tahanan Gesek, Tahanan Gelombang, Tahanan Appendages, Tahanan Udara, dsb.
Secara sederhana Tahanan Total Kapal dapat diperoleh dengan persamaan, sebagai
berikut ;

2
5 , 0 S T T V S C R × × × × = ρ (16)

, dimana D adalah massa jenis fluida (Kg/m3
); CT adalah koefisien tahanan total kapal;
S merupakan luasan permukaan basah dari badan kapal (m2
). Dan jika variabel-variabel
tersebut adalah constant ( " ), maka Persamaan 16 dapat dituliskan sebagai berikut ;

2
S T V R × = α (17)















Gambar 3 – Karakteristik Tahanan Kapal


R
VS
Karakteristik Tahanan
Kapal, f (VS
2
) ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 8
2. GAYA DORONG KAPAL ( TSHIP )

Gaya Dorong (Thrust) kapal merupakan komponen yang sangat penting, yangmana
digunakan untuk mengatasi Tahanan (Resistance) atau Gaya Hambat kapal. Pada
kondisi yang sangat-sangat ideal, besarnya gaya dorong yang dibutuhkan mungkin
sama besar dengan gaya hambat yang terjadi dikapal. Namun kondisi tersebut sangat-
sangat tidak realistis, karena pada faktanya di badan kapal tersebut terjadi phenomena
hidrodinamis yang menimbulkan degradasi terhadap nilai besaran gaya dorong kapal.
Sehingga untuk gaya dorong kapal dapat ditulis seperti model persamaan, sebagai
berikut ;

) 1 ( t
R
T
−
= (18)

, dimana t adalah thrust deduction factor.

Kemudian dengan mensubstitusi R di Pers. (18) dengan yang tertulis di Pers. (17),
maka diperoleh hubungan persamaan sebagai berikut ;

) 1 (
2
t
V
T S
−
=
α
(19)

Selanjutnya, jika unsur VS pada Pers. (19) ini juga disubstitusikan dengan Pers. (8),
diperoleh model persamaan gaya dorong kapal (TSHIP) adalah sebagai berikut ;

2
2
) 1 )( 1 ( w t
V
T A
SHIP
− −
=
α
(20)



3. KARAKTERISTIK BALING-BALING KAPAL

Secara umum karakteristik dari baling-baling kapal pada kondisi open water test adalah
seperti yang direpresentasikan pada Diagram KT – KQ – J (lihat Gambar 4). Setiap tipe
dari masing-masing baling-baling kapal, memiliki karakteristik kurva kinerja yang
berbeda-beda. Sehingga kajian terhadap karakteristik baling-baling kapal tidak dapat
di-generalised untuk keseluruhan bentuk atau tipe dari baling-baling.

Model persamaan untuk karakteristik kinerja baling-baling kapal adalah sebagai
berikut,

4 2
Pr
D n
T
K op
T
× ×
=
ρ
(21)

©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 9

5 2
Pr
D n
Q
K op
Q
× ×
=
ρ
(22)


D n
V
J A
×
= (23)


Q
T
O
K
K J
×
×
=
π
η
2
(24)
, dimana :

KT = Koefisien Gaya Dorong (Thrust) Baling-baling
KQ = Koefisien Torsi Baling-baling
J = Koefisien Advanced Baling-baling
VA = Kec. Advanced dari fluida yg melintasi propeller disk
0O = Efisiensi Baling-baling pd kondisi open water
n = Putaran Baling-baling
D = Diameter Baling-baling
TProp = Gaya Dorong Baling-baling (Propeller Thrust)
QProp = Torsi Baling-baling (Propeller Torque)
D = Massa Jenis Fluida (Fluid Density)





















Gambar 4 – Diagram Kt – Kq – J (Openwater Test )

0O
KT
10 KQ
J
KT
KQ
0O ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 10

4. INTERAKSI LAMBUNG KAPAL & BALING-BALING

Interaksi lambung kapal dan baling-baling (Hull & Propeller Interaction) merupakan
upaya-upaya pendekatan diatas kertas untuk mendapatkan karakteristik kinerja baling-
baling saat beroperasi untuk kondisi behind the ship. Metodenya adalah dengan
mengolah Pers. (20) dan Pers. (21), sebagai berikut ;

2
2
) 1 )( 1 ( w t
V
T A
SHIP
− −
=
α




4 2
Pr
D n K T T op × × × = ρ

op Ship T T Pr
=

4 2 2
2
) 1 )( 1 ( D n w t
V
K A
T
ρ
α
− −
×
= (25)

, jika 2 2
) 1 )( 1 ( D w t ρ
α β
− −
=

Maka Pers. (25) menjadi,

2 2
2
D n
V
K A
T × = β (26)

Sehingga diperoleh hubungan persamaan, sebagai berikut ;

2
J KT × = β (27)

Jika ditambahkan untuk kebutuhan Hull Service Margin; yaitu kebutuhan yang
dikarenakan dalam perhitungan perencanaan, yangmana analisanya dikondisikan untuk
ideal conditions, antara lain : c “perfect surfaces” pada lambung dan baling-baling
kapal, d calm wind & seas, maka perlu ditambahkan allowances sebesar ± 20% dari
nilai KT tersebut. Dan notasinya pun ditambahkan sub-script “SM”, yang artinya adalah
service-margins.

2
% 120 J K SM T × × = − β (28)

©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 11
Langkah berikutnya adalah dengan membuat ‘tabulasi’ dari Pers. (27) dan Pers. (28).
Harga “J” diambil dari Diagram Openwater Test baling-baling yang akan digunakan
pada kapal, yaitu dari angka terendah bergerak secara gradual ke angka tertingginya.
Kemudian, hasil tabulasi tersebut di-plot-kan pada Diagram Openwater Test baling-
baling tersebut seperti yang di-ilustrasi-kan pada gambar-gambar berikut ini,

Tabel – Perhitungan KT & KT-SM
J J2
KT KT-SM
Min
…….
…….
…….
…….
Max

Gambar 5 – Contoh Tabel Perhitungan KT & KT-SM
























Gambar 6 – Contoh Plotting KT & KT-SM pada Kurva Openwater Test Propeller

Pada Gambar 6 terlihat bentuk interaksi dari kinerja propeller pada kondisi di belakang
badan kapal, yangmana pada Kurva n merupakan trendline koefisien propeller thrust
untuk trial conditions. Dan dengan melihat keadaan kurva J [p], diperoleh harga
koefisien propeller torque, KQ pada kondisi trial. Sedangkan, Kurva o adalah trendline
dari propeller thrust coefficient pada kondisi hull service margin dan dengan menarik
kurva J [q] sedemikian hingga melewati titik KT-SM, maka diperoleh koefisien torsi
0O KT
10 KQ
J
KT
KQ
0O
KT
KT-SM
Ttk. Interseksi KT
Ttk. Interseksi KT-SM
KQ-SM
KQ
n
o
p q ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 12
baling-baling, KQ-SM, pada kondisi hull service margin. Selanjutnya, kedua angka KQ
dan KQ-SM inilah yang digunakan untuk menentukan karakteristik beban propeller
(propeller load characteristics).


5. KARAKTERISTIK BEBAN BALING-BALING (PROPELLER
LOAD CHARACTERISTICS)


Didalam mengembangkan ‘trend’ karakteristik beban propeller, variabel yang terlibat
adalah propeller torque dan propeller speed. Untuk propeller torque merupakan hasil
pengolahan secara grafis dari hull & propeller interaction, yaitu KQ dan KQ – SM ; yang
kemudian dikembangkan seperti persamaan dibawah ini,

5 2
Pr
D n K Q Q op × × × = ρ (29)
, dan

5 2
Pr
D n K Q SM Q op × × × = −
∗
ρ (30)

Jika KQ ; KQ-SM ; D ; D adalah konstan, maka Pers. (29) dan Pers. (30) dapat ditulis
kembali sebagai berikut,

) (
2
1
2
Pr
n f n Q op = × = γ (31)

) (
2
2
2
Pr n f n Q op = × = ∗ ∗
γ (32)


Dari kedua Pers. (31) dan Pers. (32) tersebut diatas, maka trend karakteristik propeller
power ( ∞ Propeller Load ) dapat diperoleh sebagai berikut ;
[Power] = [Torque] * [Speed]

) (
3
1
3
Pr Pr
n f n n Q P op op = × = × = γ (33)
, dan
) (
3
2
3
Pr Pr n f n n Q P op op = × = × = ∗ ∗ ∗
γ (34)
Tahap berikutnya adalah mentabulasikan Persamaan (33) dan Persamaan (34) dengan
inputan “propeller speed”, yang diperoleh dari “engine speed” setelah diturunkan oleh
mechanical gears (perhatikan gears ratio-nya). Gambar 7 dan 8 mengilustrasikan
tentang tabulasi dan trend dari propeller power yang dikembangkan. ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 13
Tabel – Perhitungan PProp = f(n3)
nP (nP)3
PProp P*Prop
Min
…….
…….
…….
…….
Max

Gambar 7 – Contoh Tabel Perhitungan PProp = f(n3)




Gambar 8 – Karakteristik Beban Propeller












max
PProp
[kW]
nProp
max
Propeller Load
makin besar !!!
Karakteristik
Beban Propeller at
Trial
Karakteristik
Beban Propeller at
Service©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 14
III. KARAKTERISTIK MOTOR PENGGERAK KAPAL


1. POWER & ENERGY LOSS

Seperti diketahui bahwa energy pada motor penggerak ini adalah berasal dari bahan
bakar (fuel), yangmana energy tersebut hilang ke atmosphere dalam bentuk panas
adalah ± 35 % ; lalu ± 25 % hilang melalui air pendingin dan getaran ; serta sekitar 2 %
hilang pada poros propeller. Sehingga hanya sekitar 38 % dari energy dari fuel yang
tertinggal untuk propulsion.

Dari sisa sekitar 38 % tersebut, secara kasar dapat dibagi-bagi lagi, yaitu : ± 3 %
digunakan untuk mengatasi air resistance, ± 27 % terpakai untuk mengatasi wave
resistance, ± 17 % digunakan untuk mengatasi resistance akibat wake & propeller
wash, ± 18 % untuk mengatasi skin friction, dan sekitar 35 % dipakai untuk memutar
propeller (baling-baling).

2. ENGINE PERFORMANCE CURVES

Kurva engine performance pada umumnya oleh engine manufacturers dinyatakan
dalam bentuk plotting hubungan antara Brake Horse Power (BHP), Engine Torque,
Fuel Consumption sebagai fungsi dari engine speed. Dan jarang ada dari engine
manufacturer yang juga menyediakan kurva Shaft Horse Power (SHP), yangmana
trend-nya dibawah dari kurva BHP (lost akibat gearbox).

Proses terhadap engine performance dikapal sendiri melibatkan beberapa tahapan
adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 9,













Gambar 9 – Aliran Energy pada Motor Penggerak






FUEL MAIN ENGINE FLY WHEEL
CHEMICAL
ENERGY
COMBUSTION
PROCESS
MECHANICAL
ENERGY ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 15
Tahap yang pertama adalah energy dari fuel (bahan bakar), seperti yang ditunjukkan
pada Pers. (35) sebagai berikut ;

f
fuel
ENG C m P × =
•
(35)
, dimana :

PENG = Engine Power (Daya Motor Penggerak)
fuel m
•
= mass fuel rate (Laju Aliran Bahan Bakar)
Cf = Calorific Value of Fuel (Nilai Kalor Bahan Bakar)

Pers. (35) merepresentasikan bahwa besarnya engine power adalah proporsional
dengan banyaknya jumlah bahan bakar yang disuplai ke engine. Sedangkan, jumlah
dari bahan bakar yang disuplai adalah tergantung pada pengaturan di- engine fuel
setting (fuel stroke position).

Di tahap yang kedua (Combustion Process), engine power dapat dinyatakan sebagai
berikut,

n A L bmep PENG × × × = (36)

, dimana :

bmep = Brake mean effective pressure
L = Langkah Torak (Length of stroke)
A = Area of piston-bore (Luasan torak)
n = Rate of power strokes

Dari Pers. (36) terlihat bahwa besarnya engine power sangat tergantung dari besarnya
bmep yang terjadi pada engine, karena harga L, A, dan n pada suatu engine adalah
sudah tetap. Sehingga dengan kata lain, besarnya engine power adalah proporsional
dengan nilai dari bmep yang terjadi.

Tahap yang ketiga adalah engine power yang diukur dengan metode pengereman di
engine test bed, yangmana merupakan power output dari engine seperti yang
ditunjukkan pada Pers. (37) sebagai berikut ;

ENG ENG ENG n Q P × = (37)

, dimana :
QEng = Engine Torque
nEng = Engine Speed

Berdasarkan Pers. (37) tampak bahwa perubahan yang signifikan dari engine power
hanya dapat dilakukan dengan merubah nilai dari engine torque-nya. Masing-masing
variabel potensial pada Pers. (35), Pers. (36), dan Pers. (37) memiliki keterikatan dan ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 16
pengaruh secara proporsional, sehingga kondisi tersebut dapat disederhanakan sebagai
berikut ;

fuel m
•
∞ bmep ∞ QEng

Artinya “Nilai Engine Torque (QEng) akan secara signifikan berubah, apabila pada
proses pembakaran didalam silinder terjadi perubahan harga Brake Mean Effective
Pressure (bmep). Dan perubahan harga bmep tergantung pada jumlah Mass Fuel
Rate ( fuel m
•
) yang disuplai ke engine”.

Hubungan engine torque dan engine speed dapat diilustrasikan seperti gambar berikut
ini,













Gambar 10 – Grafik Hubungan Engine Torque & Engine Speed
















Gambar 11 – Grafik Hubungan Engine Power & Engine Speed

Sementara itu, Gambar 11 me-representasikan hubungan antara engine power dan
engine speed. Perubahan pada engine power tergantung pada fraction engine torque,
atau, bmep.
Engine
Torque
Engine
Speed
n
o
p
Different
Fuel
Setting
Engine
Power
Engine
Speed
n
o
p
Different
Fuel
Setting
Kurva-kurva ini
menunjukkan kondisi
Constant Torque,
atau, Constant bmep ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 17
IV. KOMBINASI KARAKTERISTIK ENGINE &
PROPELLER


1. MATCHING POINT

Matching point merupakan suatu titik operasi dari putaran motor penggerak kapal
(engine speed) yang sedemikian hingga tepat (match) dengan karakter beban baling-
baling, yaitu titik operasi putaran motor dimana power yang di-absorb oleh propeller
sama dengan power produced oleh engine dan menghasilkan kecepatan kapal yang
mendekati (sama persis) dengan kecepatan servis kapal yang direncanakan.
Karakteristik Propeller adalah seperti yang telah ditunjukkan pada Gambar 8,
sedangkan Karakteristik engine telah direpresentasikan pada Gambar 11. Untuk dapat
menyamakan kedua trendline tersebut ke dalam satu sarana plotting yang sama, maka
terlebih dahulu harga kedua trendline dijadikan dalam persen (%) seperti yang
digambarkan pada kurva berikut ini;



















Gambar 12 – Matching Point Engine & Propeller

Pada engine speed, n, adalah merupakan titik operasi putaran motor penggerak yang
sesuai dengan kondisi beban propeller, sebab, daya yang dihasilkan oleh motor
penggerak adalah sama dengan daya yang diabsorb oleh propeller, P. Hal ini tentunya
akan memberikan konsekuensi yang optimal terhadap pemakaian konsumsi bahan
bakar dari motor penggerak kapal terhadap kecepatan servis kapal yang diinginkan.

Seperti diketahui bersama bahwa di kapal yang dapat dilihat adalah indikator engine
speed (rpm, atau rps) dan kecepatan kapal (knots, atau Nmile/hour). Sehingga
penetapan putaran operasi dari motor penggerak, merupakan “kunci” kesuksesan
dalam operasional sistem propulsi kapal secara keseluruhan.
Engine
Characteristic
Propeller Load
Characteristic; f(n3)
PProp &
PEng [%]
nProp &
nEng [%]
Matching Point
n
P©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 18
(a) REDUCING FUEL SUPPLIED TO ENGINE

Penurunan bahan bakar (fuel) yang disuplai ke engine akan menyebabkan turunnya
bmep, dan tentunya akan menurunkan engine torque. Perubahan pada engine torque
inilah yang selanjutnya dipakai untuk menentukan besaran putaran engine dengan cara
men- set posisi engine throttles (fuel stroke position) untuk kebutuhan operasional
kapal, sebagai berikut ;

n - S (Slow Ahead)
o - H (Half Ahead)
p - F (Full Ahead)

Gambar 13 memberikan ilustrasi beberapa kondisi matching points antara kurva-kurva
torsi motor penggerak terhadap kurva beban propeller. Terlihat titik perpotongan antara
kurva engine torque [n] dan kurva propeller load yangmana menghasilkan titik
operasi {P1 & N1}; Yaitu bilamana kapal diinginkan bergerak dengan kecepatan yang
relatif rendah (slow ahead), seperti misalnya kondisi daerah perairan terbatas.























Gambar 13 – Engine Torques vs Propeller Load

Sedangkan pada matching points {P2 & N2} dan {P3 & N3} adalah dibutuhkan untuk
mendukung dan memenuhi tingkat operasional kapal, bilamana dikehendaki
peningkatan kecepatan servis kapal.



N3 N2 N1
Propeller Load
Characteristic; f(n3)
Engine
Characteristic
PProp &
PEng [%]
nProp &
nEng [%]
Matching
Points
P3
n
o
p
P2
P1
Fuel Reducing ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 19
(b) EFFECT OF INCORRECT PITCH

Pada keadaan dimana terjadi kesalahan dalam penentuan Pitch dari propeller pada
sistem propulsi kapal, maka hal ini juga akan memberikan dampak pada operasional
motor penggerak kapal. Salah satu indikasi yang sangat tampak, adalah pada harga
engine speed yang dicapai oleh motor penggerak kapal saat dioperasikan. Hal ini
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.





















Gambar 14 – Engine Torque vs Propeller Loads (Incorrect Pitch)

Jika matching point untuk pitch yang tepat adalah pada titik operasi {P1 & N1}, maka
kondisi pitch yang tidak tepat untuk kurva beban propeller terjadi seperti kurva o dan
kurva p. Kurva o menunjukkan karakteristik beban propeller untuk kondisi pitch yang
terlalu rendah (light propeller load), sedangkan kurva p menunjukkan karakteristik
beban propeller untuk kondisi pitch yang terlalu tinggi (heavy propeller).

Dari Gambar 14 terlihat bahwa ketika beban propeller bertambah (heavy propeller)
akibat pitch yang terlalu tinggi, maka trend beban cenderung bergeser naik. Kemudian
titik potong kurva beban propeller tersebut dengan kurva maximum engine torque,
cenderung bergeser sedemikian hingga putaran engine turun hingga titik N3. Kondisi
seperti ini adalah sangat tidak menguntungkan untuk operasi engine, seakan-akan
engine beroperasi dalam kondisi over load.

Demikian juga sebaliknya, ketika beban propeller lebih ringan akibat pengambilan
pitch yang terlalu rendah. Maka beban propeller yang terjadi akan bergeser turun,
sehingga putaran engine akan naik hingga N2. Kondisi ini pun tentunya akan merusak
engine, karena engine seakan-akan beroperasi dalam kondisi over speed.

Max. Engine Torque
n p PProp &
PEng [%]
nProp &
nEng [%]
Matching
Points
P3
o
P2
P1
Pitch too high
(Heavy Propeller)
N3 N2 N1
Pitch too low
(Light Propeller) ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 20
(c) DESIGN FOR RESISTANCE CHANGE

Dalam operasional kapal hingga kurun waktu tertentu, maka tentunya lambung kapal
akan mengalami kekasaran permukaan akibat adanya binatang laut (tirem, kerang, dll)
yang menempel pada dinding-dinding lambung tersebut. Hal ini secara umum akan
menambah nilai dari tahanan kapal, seperti direpresentasikan pada Gambar 15.






















Gambar 15 – Engine Torques vs Propeller Loads change

Ketika kapal masih dalam kondisi baru (clean hull, smooth, etc), kondisi kurva beban
propeller seperti yang digambarkan pada kurva n. Dan saat itu jika engine di-running
dengan engine torque seperti digambarkan oleh kurva c, maka design speed untuk
kapal sudah dapat dicapai pada kondisi engine speed, N1.

Namun, saat lambung kapal sudah banyak ditempeli oleh binatang-binatang laut maka
tahanan kapal akan berubah seperti yang ditunjukkan oleh kurva o. Bila engine di-
running tetap seperti yang ditunjukkan oleh kurva c, maka engine speed akan turun
dari N1 ke N2. Dan tentu sebagai konsekuensi adalah kecepatan servis kapal akan
mengalami penurunan juga. Akan tetapi, bila engine masih memiliki ‘margin’ yang
cukup sedemikian hingga kurva engine torque dapat dinaikkan seperti yang
digambarkan oleh kurva d, maka engine speed dapat dipertahankan pada N1. Sehingga
kondisi operasional kapal tidak ‘terganggu’ (kecepatan servis kapal masih mampu
dipertahankan). Sebagai catatan bahwa kondisi operasi kurva d adalah masih berada
pada ± 90% rated bmep (atau, pada 85-90% rated power at 100% rated speed).



n c
PProp &
PEng [%]
nProp &
nEng [%]
o
P3
P1
Beban Propeller bertambah
(foulings, etc)
N2 N1
Beban Propeller saat
kondisi kapal masih baru
d
P2 ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 21

2. ENGINE RATING

Apabila engine di-rated pada 10.000 kW, artinya adalah, Daya sebesar 10.000 kW
disuplai oleh engine ke propeller. Walaupun demikian, perlu diketahui juga bahwa
pada kondisi yang bagaimana engine tersebut mampu memproduksi daya sebesar
10.000 kW tersebut. Misalnya, bagaimana keadaan dari lingkungan ruangan saat engine
di-rated, dan bagaimana pula harga dari putaran poros.

Kemudian, bagaimana seorang marine engineer ini menentukan service rating power.
Ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan didalam penentuan engine rating
tersebut, antara lain :

• Rated Power
• Rated Torque
• Rated Speed
• Rated Brake Mean Effective Pressure

Dimana seperti telah ditulis pada persamaan sebelumnya, bahwa ;


{Rated Power} = {Rated Torque} x {Rated Speed}

Rated Torque [Qeng] ∞ Rated Brake Mean Effective Pressure [bmep]


á Lalu bagaimana mendapatkan maximum rated engine speed ?

Hampir keseluruhan motor penggerak kapal sebenarnya memiliki sedikit ‘tambahan’
untuk maximum rated engine speed, yang mungkin hanya dapat digunakan untuk
periode yang relatif singkat.

Dengan mengambil asumsi bahwa kondisi overload power adalah 10% , maka P ∞ n3

dapat diuraikan sebagai berikut ;

3
1
2
1
2
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
n
n
P
P


03 . 1 1 . 1 3
2 = = n

Sehingga engine speed masih dapat dinaikkan hingga 3 % untuk waktu yang relatif
pendek (singkat). Kecepatan motor hingga 103% ini hanya dapat diharapkan jika kapal
beroperasi dalam kondisi beban yang relatif rendah.


©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 22
á Bagaimana dengan rated bmep- nya ????

Secara garis besar rated brake mean effective pressure (rated bmep) dibatasi oleh fuel
system dan Turbocharger. Engine manufacturer telah men-set kondisi dari Continues
bmep rating, yaitu kondisi dimana terjadi maximum rated torque dan maximum rated
speed. Besarnya maximum rated torque adalah proporsional terhadap besarnya
maximum rated bmep.

{ Max. Continues Power Rating } = { Max. Rated Torque } x { Max Rated Speed }
{Max. Rated Torque} ∞ {Max. Rated BMEP}

Maka arti phisiknya, Maximum Continues Power Rating adalah kondisi rating dari
engine power pada 100 % bmep dan 100 % rpm, yang telah ditetapkan oleh engine
builder. Ini merupakan nilai rating yang disajikan oleh engine builder untuk pemakian
operasi secara kontinyu pada kondisi yang standar.

Apa itu yang dimaksud dengan kondisi standar ???

KOREKSI RATING

Haruslah dipahami bahwasannya rating yang ditetapkan oleh engine builder,
sesungguhnya masih belum mempertimbangkan kondisi lingkungan engine saat
terpasang di kapal (ship environment). Ambient conditions sangat berpengaruh pada
engine performance. Rating yang dikembangkan oleh engine builder adalah specified
under standard conditions.

Jika engine dioperasikan pada ambient conditions yang tidak standar, maka engine
rating harus dimodifikasi (misalnya dioperasikan pada daerah tropis). Ada beberapa
standar yang diikuti (lihat Tabel 1), dan langkah-langkah yang diambil guna
pemodifikasian dari engine rating dengan mempertimbangkan ambient operating
conditions saat service adalah dikenal dengan istilah DE-RATING.


3. RUMUSAN EMPIRIS YANG SERING DIGUNAKAN UNTUK
PERTIMBANGAN TEKNIS TERHADAP PERBEDAAN
ANTARA KONDISI OPERASI YANG SEBENARNYA
DENGAN KONDISI YANG STANDAR


(a) De-rate motor penggerak kapal, sebesar 10% ; untuk setiap penurunan tekanan
barometrik sebesar 4 inch-Hg.
(b) De-rate motor penggerak kapal, sebesar 2,5% ; untuk setiap kenaikan
temperatur kondisi udara sekitar (ambient air condition) sebesar 10
0
F.
(c) De-rate motor penggerak kapal, sebesar 1% ; untuk setiap kenaikan kelembaban
relatif (relative humidity) dari kondisi udara sekitar (ambient air condition)
sebesar 10 %. ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 23
(d) Untuk motor penggerak kapal dengan sistem pendingin “intercooled” dan
menggunakan ‘air laut’; maka De-rate motor penggerak kapal, sebesar 2 % ;
untuk setiap kenaikan temperatur air laut (ambient air condition) sebesar 10
0
F.
(e) De-rate motor penggerak kapal, sebesar 1% ; untuk setiap kenaikan ‘exhaust
back pressure’ (ambient air condition) sebesar 4 inch-Hg.







(1) ENGINE OPERATING MARGINS

Nilai BMEP diturunkan hingga dibawah dari maximum rated bmep yang telah di-set
oleh engine-builder. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi maintenance, sebab engine
di-running pada kondisi beban mekanis dan beban thermal yang lebih rendah.
Berikutnya adalah seberapa jauh nilai bmep tersebut diturunkan ? dan ternyata tidak
mudah untuk menjawabnya. Pada umumnya diambil allowance sebesar 10 %.

(2) HULL SERVICE MARGIN

Analisis tentang Resistance dan Powering adalah dibuat untuk kondisi-kondisi yang
ideal, misalnya : perfect surfaces on hull & propeller, calm wind & seas, etc.
Yangmana pada kenyataannya bahwa kondisi servis adalah sangat berbeda. Kemudian,
bagaimana besarnya allowances yang harus diambil untuk kondisi tersebut ?, dan
inipun juga tidak mudah dijawab. Secara umum, allowance yang diambil adalah
berkisar 20 %.
















Gambar 16 – Operating Margins

Nilai margin sebesar 30% tersebut mungkin agak berlebihan, dalam prakteknya nilai
dari margins tersebut biasanya merupakan nilai gabungan yang diambil secara empiris.
OPERATING MARGINS
% Engine Max Cont. Rating
% Engine Speed
n
o
Engine Operating Margin
100%
100%
90% bmep
70% bmep
100% bmep Hull Service Margin
(for Hull Fouling, etc)
n - Trial Condition
o - Classification Soc. ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 24
Di dalam proses mengestimasi service speed dan engine power yang dibutuhkan di
kapal, biasanya calon pemilik kapal akan melakukan pendekatan kepada pihak
galangan serta meminta quatation untuk kapal bangunan baru. Margins mungkin juga
dapat didefinisikan sebagai ‘Ketentuan Kontrak’ ( atau juga ‘Kecepatan Servis’ untuk
operasional kapal ).

Selain itu, Calon pemilik kapal biasanya juga mensyaratkan khusus terhadap ukuran
tonase bobot mati kapal yang dibutuhkan, jenis muatan, kecepatan servis kapal,
yangmana keinginannya untuk sea margin dan route-route perdagangan yang
diproyeksikan tersebut terkait dengan Beaufort Number. Kebutuhan daya tersebut
kemudian akan diestimasi, serta titik operasi baling-baling yang direncanakan akan
ditetapkan oleh calon pemilik kapal, galangan dan engine builder.


(3) HULL & PROPULSION SERVICE MARGIN PRACTICES

Di dalam prakteknya, hal tersebut adalah dapat diterima guna merancang baling-baling
yang mampu menyerap 85 s.d. 90 % dari rated power pada rated speed yang benar.
Perolehan 10 s.d. 15 % tersebut adalah dapat dimanfaatkan guna mempertahankan
kecepatan servis seiring dengan penambahan beban kapal akibat foulings.

Kapal sebaiknya dijadwalkan secara tertentu untuk kegiatan ‘dry docking’,
sebagaimana MCP rating ketika sudah mendekati 100% (indikator beban di Engine
sudah memberikan ‘warning’). Umumnya, masing-masing engine manufacturers
memiliki bentuk diagram operasi engine (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17),
yangmana me-representasi-kan area operasi engine yang diperbolehkan. Selain itu,
Engine manufacturers juga menyediakan speed power maps (lihat Gambar 18), dan
biasanya engine manufacturers membatasi beban pengoperasian engine diluar
continues operation envelopes hingga ± 8,3% dari waktu antara periode overhoul
pemeliharaan major. Jika tidak ada kasus, nilai 100% Torque (bmep) sebaiknya
dilebihkan. Putaran engine dinaikkan hingga lebih 103% dari rated yang diijinkan
dalam servis.

Berdasarkan Gambar 18, diperoleh bahwa untuk masing-masing kurva beban propeller
memiliki batasan tersendiri terhadap available power (sbg output power) yang
dikeluarkan oleh engine. Jika margin bertambah maka kurva beban propeller (initial)
akan bergerak turun dan bergeser ke kanan. Artinya, Jumlah kebutuhan daya untuk
mendapatkan kecepatan design menjadi lebih kecil prosentasenya terhadap rated
power-nya. Namun sebaliknya bila usia kapal bertambah dan lambung kapal mulai
kasar (foulings), maka kurva beban propeller akan bergeser ke kiri pada Gambar
Speed-Power Map tersebut.

Selanjutnya, Engine speed menjadi batasan yang perlu mendapat perhatian. Karena
pengambilan prosentase margin yang proporsional akan berpengaruh pada
kelangsungan operasional kapal. Untuk penyempurnaan terhadap situasi yang
demikian, maka biasanya diambil langkah-langkah sebagai berikut : c Dipilih CPP
(Controllable Pitch Propeller) untuk propulsor kapal, atau d Mengganti propeller
dengan yang baru saat dilaksanakan mid-life dry docking. ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 25



































Gambar 17 – Hubungan Engine - Propeller












80 90
70
80
90
100
% MEP
110
100
110 %
BOUNDARY
OF
EXPECTED
OPERATING
AREA
100 % MEP
90 %
MEP
80 %
MEP
70 %
MEP
TYPICAL MAX
CONTINUES RPM
MAX CONTINUES
PROPELLER
CHARACTERISTICS
TRIAL
CONDITIONS ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 26

































Gambar 18 – Speed-Power Map dari suatu Marine Diesel Engine

Keterangan :

n Optimum range untuk operasi yang kontinyu
o Range Kerja yang hanya dibolehkan untuk waktu yang sangat terbatas saja
p “Upper speed range”, dicoba saat sea trial saja
q Range dari ‘Karakteristik Engine’ pada saat sea trial dengan kondisi cuaca yang
cerah, dan keadaan lambung kapal (hull) masih bersih
r Kurva beban propeller hampir mendekati titik MCR, meskipun Engine masih
mampu kerja didalam range o untuk waktu yang terbatas. Maksud dari kurva
r ini adalah untuk menunjukkan beban propeller yang seharusnya dicapai
(dalam tahapan ‘perancangan propeller’)
s Batas dari Range o

% MEP
% RPM
110 %
110 %
100 %
90 %
n
o
p
q
Power Limit
Torque Limit
RPM Limit
108 103 90 100
100% MEP
90% MEP
85% MEP
r
s©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 27
Tabel 1 : Diesel Engine Environmental Standard Reference Conditions

Ambient Air
Temperature
Barometric
Pressure
Relative
Humidity
Charge
Coolant

(
0
C ) ( kpa ) ( % ) (
0
C )

ISO 3046 / I 27.0 100.0 60.0 27.0
CIMAC 27.0 100.0 60.0 27.0
DIN 6271 27.0 100.0 60.0 27.0
SAE J816b 29.4 99.2 31.0 88.0(3)
SAE J270 29.4 99.2 31.0 88.0(3)
DEMA 32.2(1)
95.4(2)
60.0 68.0(3)
SNAME T&R 3-27
Mach. Space Air 32.2 101.0 53.31 ---
Outside Air 24.0 101.0 85.0 ---
Det Norske Veritas 45.0 --- 70.0 30.0
JIS 20.0 101.3 65.0 ---
DIN 70020 20.0 101.3 --- ---
DIN 6270 A 30.0 101.3 --- 25.0
DIN 6270 B 20.0 98.0 60.0 ---
British Std. 649 29.4 99.6 --- ---
British Std. Au141a 30.0 101.3 --- 25.0
Keterangan :
(1) Maximum
(2) Minimum
(3) Temperature at Outlet


Tabel 2 : Diesel Manufacturer’s Standards For Four-Stroke Engines

Engine Manufacturer Environmental Reference Conditions
STORK-WERKSPOOR ISO 3046/I, DIN 6271, DIN 6270 A, BS 649
M.A.N. ISO 3046/I, DNV, Tropical
SULZER ISO 3046/I, Tropical
MTU ISO 3046/I, Tropical
S.E.M.T. PIELSTICK ISO 3046/I, Tropical
B & W ISO 3046/I, DNV, Tropical
GMT ISO 3046/I, Tropical
MIRRLEES BLACKSTONE Tropical
GEC (RUSTON) ISO 3046/I, Tropical
MWM Tropical
CATERPILLAR SAE J270, SAE J816b, DIN 6270B
DETROIT DIESEL ---
DOXFORD ISO 3046/I



©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 28
Pada perancangan baling-baling kapal, besarnya daya yang di-absorb oleh baling-
baling adalah umumnya berkisar 85 – 90% dari nominal power pada nominal speed
(rated power, rated speed). Sehingga, besarnya selisih (10 – 15%) yang dipilih tersebut,
didasari pada ‘permintaan’ Owner serta pertimbangan teknis dari kekhususan bentuk
lambung kapal itu sendiri. Maka daya yang tersedia masih mencukupi kebutuhan untuk
mempertahankan kondisi servis kapal, seiring dengan kenyataan adanya binatang-
binatang laut yang tumbuh menempel di lambung kapal. Kapal sebaiknya dijadwalkan
untuk melaksanakan dry docking, ketika kapal dalam operasi servisnya harus me-
running engine pada kondisi 100% nominal dari maximum continuous power rating.

SERVICE RATING = 85 – 90 %
= {Brake Power Trials} / {Brake Power Manufacturer Rating}


Ratio ini harus dihitung dengan seluruh pertimbangan teknis, meliputi kondisi
lingkungan, tipe bahan bakar, dan koreksi-koreksi yang digunakan. Dan jika terjadi
kondisi engine & Propeller match yang seperti ditunjukkan pada region o dalam
Gambar 18, maka salah satu langkah yang harus diambil adalah sebagai berikut :

• Propeller replaced (diganti),
• Re-pitched,
• Tips cropped (potong bagian tip dari daun propeller).

Engine & Propeller Matching adalah sangat esensial, tidak hanya pertimbangan
terhadap alasan ekonomisnya saja. Akan tetapi juga untuk menghindari kerusakan dari
Engine. Beban thermal dari engine tergantung pada bmep dan posisi titik operasi pada
kurva s dari Gambar 18 tentang Speed Power Map, yangmana menyajikan
kemungkinan kecepatan terendah untuk suatu nilai bmep yang diberikan. Untuk
memperoleh kondisi kerja yang optimum, maka titik-titik operasi engine untuk
continuous service sebaiknya berada dalam “Range n” (Gambar 18). Engine boleh
dioperasikan dalam “Range o”, namun hanya untuk periode yang terbatas.

Jika Engine di-set pada kondisi CSR adalah 85% power pada nominal speed. Dan
ketika kelebihan daya tersebut kemudian dibutuhkan, maka putaran engine dapat
dinaikkan hingga;

• 103% dari nominal speed-nya, selama continuous operation.
• 108% dari nominal speed-nya, untuk periode sekitar 1 jam selama trials
run. Dan ini hanya dapat dilakukan jika shafting bukan menjadi sumber
getaran torsional yang tidak dapat diijinkan.


(4) ENGINE DE-RATING METHODS

Untuk memperoleh nilai specific fuel oil consumption yang lebih rendah dari engine
yang diberikan dalam kondisi servis, dimana mungkin engine yang relatif lebih besar,
yang dipilih untuk diinstal di kapal. Sehingga perlu adjustments yang optimal terhadap ©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 29
propeller dan engine agar specific fuel oil consumption yang paling rendah dapat
diperoleh.

Engine di-adjust untuk mendapatkan bmep yang maksimum pada derated RPM dan
Power. Metode yang diterapkan adalah untuk meng-encourage operasi engine speed
yang terendah, sehingga secara teoritis efisiensi propeller yang lebih tinggi dapat
ditemukan.

☺ POWER / SPEED PERFORMANCE ENVELOPE

Diagram ini untuk menunjukkan kinerja engine melalui prosentase, ataupun nilai
absolut, dari ratio power dan speed yang terjadi saat operasi engine. Pada umumnya,
cakupan range operasi engine dibatasi oleh beberapa hal seperti yang ditunjukkan pada
Tabel 3.

Tabel 3 : Operating Range Bounded By Various Constraints

OPERATING RANGES CONSTRAINTS

Idle Speed Smooth Running; Number of Cylinders; Inertia;
Friction, etc
Smoke Limit Poor Scavenge & Combustion
Surge Limit Turbo Unstable
Exhaust Gas Temperature Valve Deposits, Burning, etc
Peak Cylinder Pressure Mechanical Stresses
Turbo RPM Limiting Inertia Stress
Max. Engine RPM Wear rates; Inertia Forces
Motoring Friction & Pumping; Losses (Mech. Efficiency)
Minimum BMEP Poor Combustion


















©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 30

PERMASALAHAN – PERMASALAHAN YANG SERING TERJADI
DILAPANGAN

Question1:

Bung, kenapa Engine saya gak bisa mencapai titik teratas dari
rated speed (RPM) saat trials ? Dan mengapa kapal saya
tidak dapat mencapai kecepatan servis seperti yang
direncanakan oleh ship designer ? Apakah dengan menambah
atau menurunkan Pitch Propeller akan menyempurnakan kinerja dari kapal saya ?

Answer1:

Sebelum kita menjawab keseluruhan pertanyaan Q1 tersebut, kita harus meng-
investigate secara detail pada power, engine performance dan kecepatan kapal
yang terjadi.

Secara umum kebutuhan power kapal itu, tentu sudah dihitung pada saat kapal
direncanakan. Sehingga melalui perhitungan tahanan kapal yang tepat/sesuai,
maka kebutuhan power kapal tersebut juga akan dapat diperoleh dengan tepat.
Kemudian, dilakukan pemilihan engine dengan memperhatikan parameter-
parameter, antara lain : Power per-shaft; Speed (RPM); Weight (dry & wet);
Space required; Fuel oil consumption; dsb. Dan jika hanya dari aspek Engine &
Hull saja yang diperhatikan, maka Propeller pun akan muncul sebagai persoalan
baru (seperti pertanyaan Q1).

Seperti misalnya terjadi kesalahan dalam penetapan harga Pitch Propeller, sebut
saja bahwa nilainya terlalu tinggi (heavy propeller). Maka propeller load (beban
propeller) akan bergeser naik (ke arah sebelah kiri) pada diagram Power-Speed
Map, sehingga titik perpotongan antara kurva rated engine torque dan propeller
load akan berada dibawah (lebih rendah) dari nominal rated speed (RPM)-nya.
Lebih buruk lagi bahwa power yang diabsorb oleh propeller menjadi lebih rendah
juga, sehingga engine power yang dihasilkan seolah-olah menjadi tidak mencukupi
untuk mengoperasikan kapal pada kecepatan servis yang direncanakan.

Perubahan Pitch Propeller juga bukan merupakan satu-satunya solusi mengingat
jika besarnya perubahan tersebut tidak diperhatikan maka dapat menyebabkan
kondisi propeller menjadi Light Propeller (Pitch too low), sehingga juga dapat
menimbulkan masalah baru lagi (mis-match). Perhatikan optimasi dari Rasio Pitch
dan Diameter propeller (P/D) terhadap propeller torque pada kondisi behind the
ship. Langkah lainnya yang mungkin dapat dikerjakan adalah memotong (cropped)
ujung daun propeller (bagian ‘tip blades’), pastikan dengan hitungan yang tepat
mengenai besarnya ‘prosentase’ tip propeller yang harus dipotong tersebut.

©2005 S.W. Adji – Engine Propeller Matching 31


Question 2 :

Bung, kenapa engine speed ini perlu diturunkan pada propeller speed ? kalau
tidak diturunkan bagaimana ?

Answer 2 :

Begini untuk internal combustion engines, TORQUE secara definisi adalah 5.252
dikalikan dengan dayanya, kemudian dibagi dengan putarannya (RPM). Sehingga,
jika karakter engine adalah putaran rendah dan memiliki daya yang besar, sudah
dapat dipastikan bahwa engine akan mempunyai nilai Torque yang besar. Inilah
yang menyebabkan bahwa tipikal slower turning propeller akan memberikan Thrust
yang lebih besar, karena mereka menerima Torque yang besar pada nilai engine
power yang sama.

Sebagai contoh; Sebuah engine mempunyai kapasitas daya 500 HP pada
putaran 2.000 RPM, sehingga engine tersebut akan men-deliver torque sebesar
1.313 lb-ft ke propeller. Dan jika pada sistem transmisi tersebut dipasang
reduction gear (gearbox) dengan rasio 3:1, maka kapasitas daya akan berkurang
berkisar 3% (friction losses di gearbox) menjadi 485 HP. Pada waktu yang sama
juga, putaran propeller turun menjadi 667 RPM. Maka besarnya torque yang di-
deliver menjadi bertambah hingga 3.819 lb-ft.

Question 3 :

Bung, biasanya ship operator untuk menghemat pemakaian bahan bakar, maka
operasional engine umumnya pada putaran yang mendekati lower limit sehingga
kecepatan kapal pun menjadi lebih rendah. Bagaimana itu bisa terjadi ?

Answer 3 :

Pada marine diesel engines, trendline dari rated engine torque adalah
proporsional dengan rated bmep yang terjadi. Dan rated bmep adalah juga
proporsional dengan rated fuel consumption-nya. Dengan menurunkan putaran
engine, katakanlah dari 2.200 RPM menjadi 1.600 RPM, maka sesungguhnya
terjadi penurunan rated bmep sekaligus penurunan rated fuel consumption
(katakanlah dari 180 gr/HP-hr menjadi 155 gr/HP-hr). Jika besarnya engine
power adalah 4.000 HP dan kapal berlayar selama 10 hari, maka penghematan
bahan bakar dapat mencapai ± 24 ton. Konsekuensinya adalah kecepatan servis
kapal akan turun, sebab output power dari engine juga turun.