KARYA ILMIAH
OPTIMASI DIAMETER POROS (SHAFT) KAPAL MENGGUNAKAN METODE NUMERIK DAN PENDEKATAN DAI5
BAB I
DASAR TEORI
1.1 Poros (Shaft) Kapal
Poros kapal merupakan komponen penting dalam sistem propulsi yang berfungsi menyalurkan daya dari mesin menuju baling-baling kapal. Dalam proses kerjanya, poros menerima torsi akibat putaran mesin sehingga harus mampu menahan tegangan geser yang terjadi selama operasi kapal berlangsung.
Diameter poros sangat memengaruhi keamanan dan efisiensi sistem propulsi. Jika diameter terlalu kecil, poros dapat mengalami kegagalan akibat tegangan berlebih. Sebaliknya, diameter yang terlalu besar menyebabkan penggunaan material menjadi tidak efisien.
Dalam analisis teknik, hubungan antara daya mesin, putaran poros, dan torsi dapat dinyatakan melalui persamaan:
P = (2ฯNT) / 60
Keterangan:
P = daya mesin (W)
N = putaran poros (rpm)
T = torsi (Nm)
Persamaan tersebut menunjukkan bahwa semakin besar daya mesin, maka torsi yang diterima poros juga semakin besar.
โธป
1.2 Tegangan Geser pada Poros
Ketika poros menerima torsi, maka akan timbul tegangan geser pada permukaan poros. Besarnya tegangan geser dapat dihitung menggunakan persamaan:
ฯ = 16T / ฯdยณ
Keterangan:
ฯ = tegangan geser (Pa)
T = torsi (Nm)
d = diameter poros (m)
Persamaan tersebut menunjukkan bahwa diameter poros memiliki pengaruh besar terhadap tegangan geser. Semakin besar diameter poros, maka tegangan geser akan semakin kecil.
โธป
1.3 Metode Numerik
Metode numerik digunakan untuk menyelesaikan permasalahan teknik yang sulit diselesaikan secara analitik. Pada penelitian ini, metode numerik digunakan untuk menentukan diameter poros optimal berdasarkan batas tegangan material.
Metode numerik bekerja melalui proses iterasi sehingga solusi dapat diperoleh secara lebih akurat dan efisien. Langkah iterasi dilakukan dengan mencoba beberapa nilai diameter poros sampai diperoleh nilai yang memenuhi syarat keamanan.
Pendekatan numerik sangat penting dalam teknik perkapalan karena banyak sistem memiliki kompleksitas tinggi dan melibatkan banyak parameter.
โธป
1.4 Pendekatan DAI5
Pendekatan DAI5 terdiri dari lima tahapan utama yaitu Deep Awareness, Intention, Initial Thinking, Idealization, dan Implementation.
Deep Awareness
Tahap ini menekankan kesadaran bahwa kesalahan desain poros dapat menyebabkan kegagalan sistem propulsi kapal dan membahayakan keselamatan kapal.
Intention
Tahap ini bertujuan menentukan diameter poros yang aman, efisien, dan sesuai batas tegangan material.
Initial Thinking
Pada tahap ini dilakukan identifikasi hubungan antara daya mesin, torsi, dan tegangan geser pada poros.
Idealization
Sistem nyata disederhanakan menjadi model matematis dengan beberapa asumsi seperti material homogen dan beban torsi stabil.
Implementation
Tahap terakhir adalah penerapan metode numerik untuk menghitung diameter poros optimal berdasarkan parameter yang diberikan.
โธป
BAB II
METODOLOGI PENELITIAN
2.1 Umum
Penelitian ini bertujuan menentukan diameter poros kapal menggunakan metode numerik dengan pendekatan DAI5. Analisis dilakukan melalui hubungan matematis antara daya mesin, putaran poros, torsi, dan tegangan geser.
โธป
2.2 Jenis Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dengan pendekatan simulasi numerik. Proses analisis dilakukan menggunakan data numerik dan persamaan teknik.
โธป
2.3 Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian dilakukan sebagai berikut:
- Identifikasi masalah pada sistem propulsi kapal
- Studi literatur mengenai poros kapal dan metode numerik
- Penyusunan model matematis
- Penentuan parameter perhitungan
- Simulasi numerik diameter poros
- Analisis hasil perhitungan
โธป
2.4 Parameter Penelitian
Parameter yang digunakan pada penelitian meliputi:
- Daya mesin = 500 kW
- Putaran poros = 120 rpm
- Tegangan geser izin = 45 MPa
โธป
2.5 Asumsi Penelitian
Untuk mempermudah analisis digunakan beberapa asumsi, yaitu:
- Material poros homogen
- Torsi dianggap stabil
- Pengaruh getaran diabaikan
- Beban dinamis tidak diperhitungkan
โธป
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Perhitungan Torsi
Berdasarkan data daya mesin dan putaran poros, torsi dihitung menggunakan persamaan:
P = (2ฯNT) / 60
Sehingga diperoleh:
T = (P ร 60) / (2ฯN)
T = (500000 ร 60) / (2ฯ ร 120)
T = 39788,7 Nm
Hasil tersebut menunjukkan besar torsi yang diterima poros akibat daya mesin kapal.
โธป
3.2 Perhitungan Diameter Poros
Diameter poros dihitung menggunakan persamaan tegangan geser:
ฯ = 16T / ฯdยณ
Dengan melakukan iterasi numerik diperoleh diameter poros optimal sebesar:
d = 0,165 m
atau sekitar:
d = 165 mm
Diameter tersebut memenuhi batas tegangan geser material yang diizinkan.
โธป
3.3 Analisis Hasil
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa peningkatan daya mesin menyebabkan torsi semakin besar sehingga diameter poros yang dibutuhkan juga meningkat.
Metode numerik mempermudah proses optimasi diameter poros karena solusi diperoleh melalui iterasi tanpa harus melakukan pendekatan analitik yang rumit.
Selain itu, penggunaan diameter optimal membantu mengurangi penggunaan material berlebih sehingga desain menjadi lebih efisien.
โธป
3.4 Pembahasan Berdasarkan DAI5
Deep Awareness
Perancangan poros harus mempertimbangkan keselamatan sistem propulsi kapal karena kegagalan poros dapat menyebabkan kapal kehilangan tenaga dorong.
Intention
Tujuan utama analisis adalah memperoleh diameter poros yang aman dan efisien.
Initial Thinking
Hubungan antara daya mesin, torsi, dan tegangan geser dianalisis untuk memahami karakteristik sistem.
Idealization
Sistem nyata disederhanakan melalui asumsi material homogen dan torsi stabil sehingga model matematis lebih mudah dianalisis.
Implementation
Metode numerik diterapkan melalui proses iterasi diameter poros hingga diperoleh nilai yang memenuhi batas tegangan izin.
โธป
BAB IV
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis numerik, diameter poros kapal dipengaruhi langsung oleh daya mesin dan torsi yang diterima sistem propulsi. Semakin besar daya mesin, maka diameter poros yang dibutuhkan juga semakin besar.
Metode numerik berhasil digunakan untuk menentukan diameter poros secara lebih efisien dan akurat melalui proses iterasi. Diameter optimal yang diperoleh mampu memenuhi batas tegangan geser material sehingga sistem propulsi tetap aman digunakan.
Pendekatan DAI5 membantu proses analisis menjadi lebih terarah karena tidak hanya berfokus pada hasil perhitungan, tetapi juga mempertimbangkan aspek keselamatan, efisiensi, dan tanggung jawab teknik dalam perancangan kapal.
