PROPULSI KAPAL- PROPULSI WATER JET KAPAL

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 dari kapal 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 ( ζ ) disarankan antara 0,15 sampai dengan 0,35. Pada umumnya sistem propulsi water jet menggunakan 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. 

demikian tulisan ini yang saya ambil dari tugas kuliah propulsi kapal 2 tentang propulsi water jet kapal.