ccitonline.com

A. Project Title

Optimasi Diameter Poros (Shaft) Kapal untuk Menahan Daya Mesin dengan Tegangan Minimum Menggunakan Metode Numerik Berbasis Framework DAI5

B. Author Complete Name

Raffa Destian
NPM 2406486882

C. Affiliation

Departemen Teknik Perkapalan
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Mata Kuliah Metode Numerik – 03

D. Abstract

Penelitian ini membahas optimasi diameter poros (shaft) kapal menggunakan metode numerik berbasis framework DAI5. Shaft merupakan komponen utama pada sistem propulsi kapal yang berfungsi mentransmisikan daya dari mesin menuju propeller. Permasalahan utama dalam desain shaft adalah menentukan diameter optimum yang mampu menahan torsi tanpa melebihi batas tegangan material, namun tetap efisien dalam penggunaan material. Penelitian ini menggunakan pendekatan metode numerik iteratif untuk menentukan diameter shaft berdasarkan hubungan antara daya mesin, torsi, dan torsional stress. Data utama diperoleh dari spesifikasi mesin Yanmar 6EY26W. Proses analisis dilakukan melalui tahapan framework DAI5, yaitu Deep Awareness, Intention, Initial Thinking, Idealization, dan Instruction Set. Hasil penelitian menunjukkan bahwa diameter shaft sekitar 80 mm menghasilkan torsional stress sebesar 48 MPa yang masih berada di bawah batas tegangan izin sebesar 55 MPa, sehingga dianggap sebagai diameter optimum. Selain menghasilkan solusi numerik, penelitian ini juga menunjukkan bahwa framework DAI5 membantu membangun proses berpikir engineering yang lebih sistematis, reflektif, dan berorientasi pada keselamatan serta efisiensi desain.

E. Author Declaration

1. Deep Awareness of I
Dalam pengerjaan proyek ini, saya menyadari bahwa proses engineering bukan hanya sekadar aktivitas teknis dan matematis, tetapi juga bentuk tanggung jawab terhadap keselamatan sistem dan manusia yang menggunakan hasil desain tersebut. Melalui framework DAI5, saya memahami pentingnya kesadaran diri dalam proses analisis serta pentingnya mengingat bahwa ilmu pengetahuan dan kemampuan berpikir merupakan amanah dari Tuhan Yang Maha Esa. Oleh karena itu, setiap keputusan teknik harus mempertimbangkan aspek keselamatan, efisiensi, etika, dan kebermanfaatan bagi lingkungan maupun masyarakat.

2. Intention of the Project Activity
Tujuan dari proyek ini adalah menentukan diameter shaft kapal yang optimal agar mampu menahan daya mesin tanpa melebihi batas tegangan yang diizinkan, namun tetap efisien dalam penggunaan material. Selain itu, proyek ini bertujuan memahami implementasi metode numerik dalam menyelesaikan permasalahan engineering yang bersifat non-linear, khususnya pada sistem propulsi kapal.

F. Introduction
BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem propulsi kapal merupakan salah satu sistem terpenting yang menentukan keberhasilan operasional suatu kapal. Sistem ini berfungsi mengubah daya yang dihasilkan oleh mesin induk menjadi gaya dorong melalui propeller sehingga kapal dapat bergerak sesuai kecepatan yang diinginkan. Dalam sistem propulsi tersebut, poros propulsi (shaft) berperan sebagai komponen utama yang mentransmisikan daya dan torsi dari mesin menuju propeller. Oleh karena itu, keandalan dan kekuatan shaft menjadi faktor yang sangat penting dalam menjamin keselamatan, efisiensi, dan kontinuitas operasional kapal.

Selama beroperasi, shaft menerima beban puntir (torsional load) yang berasal dari daya mesin induk. Beban tersebut menghasilkan tegangan geser pada material poros yang harus berada di bawah batas tegangan yang diizinkan agar tidak terjadi kegagalan struktur. Jika diameter shaft terlalu kecil, maka tegangan yang timbul dapat melebihi kemampuan material sehingga meningkatkan risiko kerusakan akibat puntiran, deformasi permanen, maupun kegagalan poros selama operasi. Sebaliknya, penggunaan diameter shaft yang terlalu besar akan menyebabkan peningkatan berat konstruksi, pemborosan material, serta biaya produksi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, diperlukan proses optimasi untuk menentukan diameter shaft yang mampu memenuhi aspek keselamatan sekaligus efisien dari segi penggunaan material.

Seiring perkembangan teknologi rekayasa modern, proses perancangan komponen mekanis tidak lagi hanya mengandalkan pendekatan analitik sederhana, tetapi juga memanfaatkan metode numerik untuk memperoleh solusi yang lebih akurat dan efisien. Metode numerik memungkinkan perhitungan dilakukan secara iteratif terhadap berbagai variasi parameter desain sehingga diperoleh kondisi optimum yang memenuhi kriteria teknis yang telah ditentukan. Dalam perancangan shaft kapal, metode numerik dapat digunakan untuk menganalisis hubungan antara daya mesin, torsi, diameter poros, dan tegangan geser yang terjadi pada material.

Meskipun persamaan dasar untuk menghitung tegangan puntir telah banyak digunakan dalam bidang mechanics of materials, proses penentuan diameter optimum sering kali memerlukan evaluasi terhadap berbagai alternatif desain. Hubungan antara diameter poros dan tegangan geser bersifat non-linear, sehingga perubahan kecil pada diameter dapat menghasilkan perubahan tegangan yang signifikan. Kondisi ini menjadikan metode numerik sebagai pendekatan yang tepat untuk membantu proses optimasi desain secara sistematis dan terukur.

Dalam penelitian ini digunakan spesifikasi mesin Yanmar 6EY26W sebagai dasar perhitungan daya dan torsi yang diterima shaft. Analisis dilakukan melalui pendekatan metode numerik iteratif untuk menentukan diameter poros yang mampu menahan beban kerja tanpa melampaui batas tegangan yang diizinkan. Selain itu, penelitian ini juga mengimplementasikan framework DAI5 yang terdiri atas Deep Awareness, Intention, Initial Thinking, Idealization, dan Instruction Set sebagai kerangka berpikir engineering yang sistematis dalam menyelesaikan permasalahan desain.

Oleh karena itu, penelitian mengenai optimasi diameter poros kapal menjadi penting untuk dilakukan guna memperoleh desain yang aman, efisien, dan ekonomis. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan pemahaman mengenai hubungan antara parameter sistem propulsi dan desain shaft, sekaligus menunjukkan penerapan metode numerik sebagai alat bantu dalam pengambilan keputusan teknik pada bidang perkapalan.

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana peran poros propulsi (shaft) dalam mentransmisikan daya mesin menuju propeller pada sistem propulsi kapal?
2. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya tegangan puntir (torsional stress) yang terjadi pada poros propulsi kapal?
3. Bagaimana pengaruh variasi diameter shaft terhadap kemampuan poros dalam menahan beban torsi yang berasal dari mesin induk?
4. Bagaimana metode numerik dapat digunakan untuk menentukan diameter shaft yang memenuhi batas tegangan yang diizinkan secara aman dan efisien?
5. Berapa diameter shaft optimum yang mampu menahan daya mesin Yanmar 6EY26W tanpa melebihi batas tegangan material serta tetap ekonomis dalam penggunaan material?

1.3 Tujuan Analisis

1. Menganalisis peran poros propulsi (shaft) dalam mentransmisikan daya mesin menuju propeller pada sistem propulsi kapal.
2. Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya torsi dan tegangan puntir (torsional stress) yang bekerja pada poros propulsi kapal.
3. Menganalisis hubungan antara variasi diameter shaft dan tegangan yang terjadi untuk mengetahui pengaruh perubahan dimensi terhadap kekuatan poros.
4. Mengkaji penerapan metode numerik dalam perhitungan dan optimasi diameter shaft berdasarkan batas tegangan yang diizinkan.
5. Menentukan diameter shaft optimum yang mampu menahan daya mesin Yanmar 6EY26W secara aman, efisien, dan ekonomis melalui pendekatan framework DAI5.
6. Memberikan rekomendasi desain poros propulsi yang memenuhi aspek keselamatan, keandalan operasional, dan efisiensi penggunaan material.

1.4 Manfaat Analisis

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan pemahaman mengenai pentingnya proses optimasi diameter poros (shaft) dalam menjaga keandalan dan keselamatan sistem propulsi kapal. Selain itu, penelitian ini dapat menjadi referensi dalam penerapan metode numerik untuk menganalisis hubungan antara daya mesin, torsi, diameter poros, dan tegangan puntir yang terjadi pada shaft sehingga diperoleh desain yang aman dan efisien.

Hasil penelitian ini juga diharapkan dapat membantu mahasiswa maupun praktisi teknik perkapalan dalam memahami penerapan konsep mechanics of materials dan metode numerik pada permasalahan desain komponen propulsi kapal. Melalui pendekatan optimasi yang dilakukan, penelitian ini dapat mendukung pengambilan keputusan teknik yang lebih tepat dalam menentukan dimensi poros berdasarkan batas tegangan yang diizinkan.

Selain itu, penelitian ini diharapkan dapat berkontribusi terhadap peningkatan keselamatan operasional kapal, efisiensi penggunaan material, serta pengurangan risiko kegagalan poros yang dapat menyebabkan gangguan pada sistem propulsi dan operasional pelayaran.

BAB II
LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Propulsi Kapal

Sistem propulsi kapal merupakan sistem utama yang berfungsi menghasilkan gaya dorong (thrust) sehingga kapal dapat bergerak di perairan. Sistem ini bekerja dengan mengubah energi yang dihasilkan oleh mesin induk menjadi energi mekanik yang diteruskan melalui sistem poros menuju propeller. Propeller kemudian mengubah energi mekanik tersebut menjadi gaya dorong yang memungkinkan kapal bergerak sesuai kecepatan yang diinginkan.

Secara umum, sistem propulsi kapal terdiri atas mesin induk (main engine), sistem poros (shaft system), bearing, stern tube, dan propeller. Seluruh komponen tersebut bekerja secara terintegrasi untuk menjamin proses transmisi daya berlangsung secara efisien. Efisiensi dan keandalan sistem propulsi sangat berpengaruh terhadap performa kapal, konsumsi bahan bakar, serta keselamatan pelayaran.

Dalam operasionalnya, sistem propulsi menerima berbagai jenis pembebanan seperti beban puntir, beban lentur, gaya aksial, dan getaran. Oleh karena itu, setiap komponen harus dirancang dengan mempertimbangkan aspek kekuatan, keandalan, dan keselamatan agar mampu beroperasi selama umur layan yang direncanakan.

2.2 Poros Propulsi (Shaft)

Poros propulsi (shaft) merupakan komponen mekanis yang berfungsi mentransmisikan daya dan torsi dari mesin induk menuju propeller. Komponen ini menjadi penghubung utama antara sumber tenaga dan sistem penghasil gaya dorong kapal.

Dalam perancangannya, shaft harus mampu menahan beban puntir yang timbul akibat transmisi daya dari mesin. Selain itu, shaft juga harus memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan beban dinamis selama kapal beroperasi. Material shaft umumnya menggunakan baja berkekuatan tinggi yang memiliki ketahanan terhadap tegangan puntir, kelelahan material (fatigue), dan korosi.

Diameter shaft merupakan salah satu parameter terpenting dalam desain poros. Diameter yang terlalu kecil dapat menyebabkan tegangan melebihi batas izin material sehingga berpotensi menimbulkan kegagalan struktur. Sebaliknya, diameter yang terlalu besar akan meningkatkan berat sistem propulsi dan menyebabkan penggunaan material yang tidak efisien.

Oleh karena itu, diperlukan proses optimasi untuk menentukan diameter shaft yang mampu memenuhi aspek keselamatan sekaligus efisiensi penggunaan material.

2.3 Torsi pada Poros

Torsi merupakan momen puntir yang bekerja pada poros akibat daya yang ditransmisikan dari mesin menuju propeller. Besarnya torsi dipengaruhi oleh daya mesin dan kecepatan putaran poros.

Hubungan antara daya dan torsi dinyatakan dengan Persamaan (2.1):

Persamaan (2.1)$$T=\frac{P}{\omega}$$

dengan:

T = Torsi (Nm)

P = Daya mesin (W)

ω = Kecepatan sudut (rad/s)

Kecepatan sudut dihitung menggunakan Persamaan (2.2):

Persamaan (2.2)$$\omega=\frac{2\pi n}{60}$$

dengan:

ω = Kecepatan sudut (rad/s)

n = Putaran poros (rpm)

Berdasarkan persamaan tersebut, semakin besar daya yang ditransmisikan oleh mesin, maka semakin besar pula torsi yang harus ditahan oleh poros. Oleh karena itu, perhitungan torsi menjadi langkah awal dalam proses desain shaft.

2.4Tegangan Puntir pada Poros

Ketika shaft menerima beban torsi, akan timbul tegangan geser yang dikenal sebagai tegangan puntir (torsional stress). Tegangan ini harus dijaga agar tidak melebihi batas tegangan yang diizinkan oleh material.

Untuk poros silinder pejal (solid shaft), tegangan puntir dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3).

Persamaan (2.3)$$\tau=\frac{16T}{\pi d^3}$$

dengan:

τ = Tegangan geser (Pa)

T = Torsi (Nm)

d = Diameter poros (m)

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa tegangan puntir berbanding terbalik dengan pangkat tiga diameter poros. Hal ini berarti peningkatan diameter yang relatif kecil dapat menghasilkan penurunan tegangan yang cukup signifikan.

Dalam proses desain, nilai tegangan yang diperoleh harus dibandingkan dengan tegangan izin material sehingga dapat diketahui apakah diameter shaft yang dipilih aman untuk digunakan.

2.5 Metode Numerik dalam Optimasi Desain

Metode numerik merupakan pendekatan matematis yang digunakan untuk memperoleh solusi permasalahan teknik melalui proses iterasi dan perhitungan komputasional. Metode ini banyak digunakan dalam bidang rekayasa karena mampu menyelesaikan permasalahan yang sulit diselesaikan menggunakan metode analitik sederhana.

Pada penelitian ini, metode numerik digunakan untuk mengevaluasi beberapa variasi diameter shaft dan menghitung tegangan puntir yang dihasilkan pada setiap variasi tersebut. Hasil perhitungan kemudian dibandingkan dengan batas tegangan yang diizinkan sehingga diperoleh diameter yang paling optimum.

Pendekatan ini memungkinkan proses optimasi dilakukan secara sistematis dengan mempertimbangkan aspek keselamatan dan efisiensi penggunaan material. Selain itu, metode numerik juga menjadi dasar dalam berbagai perangkat lunak rekayasa modern seperti MATLAB, ANSYS, dan perangkat lunak desain kapal lainnya.

2.6 Framework DAI5

Framework DAI5 merupakan pendekatan berpikir sistematis yang digunakan untuk membantu proses penyelesaian masalah engineering secara terstruktur dan reflektif. Framework ini terdiri atas lima tahapan utama, yaitu Deep Awareness, Intention, Initial Thinking, Idealization, dan Instruction Set.

Pada penelitian ini, Deep Awareness digunakan untuk membangun kesadaran mengenai pentingnya keselamatan dan keandalan sistem propulsi kapal. Intention digunakan untuk menetapkan tujuan penelitian yaitu menentukan diameter shaft optimum yang aman dan efisien.

Tahap Initial Thinking dilakukan dengan menganalisis hubungan antara daya mesin, torsi, diameter shaft, dan tegangan puntir. Selanjutnya, Idealization dilakukan dengan menyederhanakan sistem nyata menjadi model yang dapat dianalisis, seperti mengasumsikan shaft berbentuk silinder pejal, material homogen, dan hanya menerima beban torsi murni.

Tahap terakhir yaitu Instruction Set digunakan untuk menyusun langkah-langkah penyelesaian secara sistematis mulai dari pengumpulan data, perhitungan torsi, evaluasi variasi diameter, perhitungan tegangan, hingga penentuan diameter optimum. Dengan demikian, framework DAI5 membantu membangun proses berpikir engineering yang lebih sistematis, logis, dan berorientasi pada solusi.

F. Introduction
BAB III
METODOLOGI

3.1 Spesifikasi Data

Data yang digunakan dalam penelitian ini berupa data spesifikasi mesin induk yang digunakan sebagai dasar perhitungan torsi dan optimasi diameter poros propulsi kapal. Data utama diperoleh dari spesifikasi teknis mesin Yanmar 6EY26W yang memiliki daya keluaran sebesar 1920 kW dan putaran mesin sebesar 750 rpm. Data tersebut digunakan untuk menghitung torsi yang diterima poros, kemudian digunakan dalam proses evaluasi tegangan puntir pada beberapa variasi diameter shaft.

Pemilihan data spesifikasi mesin dilakukan karena daya dan putaran mesin merupakan parameter utama yang menentukan besarnya beban puntir yang harus ditahan oleh poros propulsi. Semakin besar daya yang ditransmisikan oleh mesin, maka semakin besar pula torsi yang harus diteruskan menuju propeller.

Tabel 3.1 Spesifikasi Data

Parameter	Nilai
Jenis Mesin	Yanmar 6EY26W
Daya Mesin	1920 kW
Putaran Mesin	750 rpm
Tegangan Izin	55 MPa
Faktor Keamanan	2
Jenis Poros	Solid Shaft
Material	Baja

---

3.2 Metode Penelitian

enelitian ini menggunakan metode deskriptif kuantitatif dengan pendekatan metode numerik iteratif. Metode numerik digunakan untuk menentukan diameter shaft optimum berdasarkan hubungan antara daya mesin, torsi, dan tegangan puntir yang terjadi pada poros.

Pendekatan ini dilakukan dengan mengevaluasi beberapa variasi diameter shaft dan menghitung tegangan puntir yang dihasilkan pada masing-masing variasi tersebut. Hasil perhitungan kemudian dibandingkan dengan batas tegangan yang diizinkan sehingga diperoleh diameter yang memenuhi aspek keselamatan sekaligus efisiensi penggunaan material.

3.3 Idealisasi

Untuk menyederhanakan permasalahan sehingga dapat dianalisis secara matematis, digunakan beberapa asumsi sebagai berikut:

1. Shaft berbentuk silinder pejal (solid shaft).
2. Material dianggap homogen dan isotropik.
3. Beban utama yang bekerja berupa torsi murni.
4. Pengaruh getaran dan pembebanan dinamis diabaikan.
5. Pengaruh gaya aksial diabaikan.
6. Pengaruh beban lentur diabaikan.
7. Tegangan yang dianalisis hanya tegangan puntir (torsional stress).

Berdasarkan asumsi tersebut, digunakan beberapa persamaan dasar sebagai berikut.

Persamaan Kecepatan Sudut

$$\omega = \frac{2\pi n}{60}$$

Keterangan:

ω = Kecepatan sudut (rad/s)

n = Putaran poros (rpm)

Persamaan Torsi

$$T = \frac{P}{\omega}$$

Keterangan:

T = Torsi (Nm)

P = Daya mesin (W)

ω = Kecepatan sudut (rad/s)

Persamaan Tegangan Puntir

$$\tau = \frac{16T}{\pi d^3}$$

Keterangan:

τ = Tegangan geser (Pa)

T = Torsi (Nm)

d = Diameter poros (m)

Persamaan-persamaan tersebut digunakan sebagai dasar dalam proses optimasi diameter shaft yang dilakukan pada penelitian ini.

3.4 Flowchart Pengerjaan

---

3.5 Alur Pengolahan Data

---

1) Pengumpulan Data

Tahap pertama dilakukan dengan mengumpulkan data spesifikasi mesin yang meliputi daya mesin, putaran mesin, faktor keamanan, dan tegangan izin material. Data ini digunakan sebagai parameter utama dalam proses perhitungan.

2) PPerhitungan Kecepatan Sudut

Kecepatan sudut poros dihitung menggunakan persamaan:$$\omega = \frac{2\pi n}{60}$$

Perhitungan ini bertujuan untuk mengubah putaran mesin dalam satuan rpm menjadi kecepatan sudut dalam satuan rad/s.

3) Perhitungan Torsi

Setelah nilai kecepatan sudut diperoleh, torsi dihitung menggunakan persamaan:$$T = \frac{P}{\omega}$$

Perhitungan torsi dilakukan untuk mengetahui besarnya beban puntir yang harus ditransmisikan oleh poros propulsi.

4) Variasi Diameter Shaft

Untuk memperoleh diameter optimum, dilakukan evaluasi terhadap beberapa variasi diameter poros, yaitu:

• 70 mm
• 80 mm
• 90 mm

Variasi tersebut digunakan untuk mengetahui pengaruh perubahan diameter terhadap tegangan yang terjadi pada poros.

5)Perhitungan Tegangan Puntir

Tegangan puntir pada poros dihitung menggunakan persamaan:$$\tau = \frac{16T}{\pi d^3}$$

Perhitungan dilakukan pada setiap variasi diameter shaft sehingga dapat diketahui hubungan antara diameter poros dan tegangan yang dihasilkan.

6) Evaluasi dan Optimasi

Nilai tegangan hasil perhitungan dibandingkan dengan tegangan izin material sebesar:$$\sigma_{izin} = 55 \, MPa$$

Diameter shaft yang menghasilkan tegangan di bawah batas izin dan tetap efisien dalam penggunaan material dipilih sebagai diameter optimum.

7) Interpretasi Hasil

Tahap terakhir dilakukan dengan menganalisis hubungan antara diameter shaft dan tegangan puntir yang terjadi. Hasil analisis digunakan sebagai dasar dalam menentukan diameter shaft yang aman, efisien, dan sesuai digunakan pada sistem propulsi kapal.

Melalui pendekatan metode numerik, proses optimasi dapat dilakukan secara sistematis sehingga diperoleh diameter shaft yang memenuhi aspek keselamatan, keandalan operasional, dan efisiensi penggunaan material.

H. Result & Discussion
BAB IV
PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS DATA

4.1 Analisis Data Mesin

Data utama yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari spesifikasi mesin Yanmar 6EY26W yang memiliki daya sebesar 1920 kW dan putaran mesin sebesar 750 rpm. Data tersebut digunakan untuk menentukan besarnya torsi yang harus ditransmisikan oleh poros propulsi.

Dalam sistem propulsi kapal, daya yang dihasilkan oleh mesin tidak secara langsung diteruskan ke propeller, melainkan terlebih dahulu ditransmisikan melalui poros propulsi. Oleh karena itu, kemampuan shaft dalam menahan torsi menjadi salah satu aspek yang sangat penting dalam proses desain.

Semakin besar daya yang ditransmisikan, semakin besar pula torsi yang harus ditahan oleh poros. Jika diameter shaft terlalu kecil, tegangan puntir yang terjadi dapat melebihi batas tegangan izin material sehingga meningkatkan risiko kegagalan struktur. Sebaliknya, diameter yang terlalu besar menyebabkan penggunaan material yang berlebihan dan meningkatkan biaya produksi.

Oleh karena itu, diperlukan analisis numerik untuk menentukan diameter poros yang aman sekaligus efisien.

---

4.2 Perhitungan Kecepatan Sudut

Kecepatan sudut poros dihitung menggunakan persamaan:$$\omega = \frac{2\pi n}{60}$$

dengan:

n = 750 rpm

Sehingga diperoleh:$$\omega = \frac{2\pi(750)}{60}$$$$\omega = 78.54 \; rad/s$$

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa poros berputar dengan kecepatan sudut sebesar 78.54 rad/s. Nilai ini akan digunakan dalam perhitungan torsi yang diterima oleh shaft.

---

4.3 Perhitungan Torsi

Setelah nilai kecepatan sudut diketahui, torsi dapat dihitung menggunakan persamaan:$$T = \frac{P}{\omega}$$

dengan:

P = 1920 kW = 1.920.000 W

ω = 78.54 rad/s

Sehingga:$$T = \frac{1.920.000}{78.54}$$$$T = 24.446 \; Nm$$

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa poros harus mampu menahan torsi sebesar 24.446 Nm selama proses transmisi daya dari mesin menuju propeller.

Nilai torsi ini menjadi dasar dalam evaluasi kekuatan poros terhadap tegangan puntir yang terjadi.

---

4.4 Analisis Variasi Diameter Shaft

Untuk memperoleh diameter optimum, dilakukan evaluasi terhadap beberapa variasi diameter shaft yaitu 70 mm, 80 mm, dan 90 mm.

Pemilihan variasi tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan diameter terhadap tegangan puntir yang terjadi pada poros.

Secara teoritis, semakin besar diameter poros maka tegangan puntir yang terjadi akan semakin kecil. Hal ini disebabkan diameter berada pada pangkat tiga dalam persamaan tegangan puntir sehingga perubahan kecil pada diameter dapat memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap penurunan tegangan.

4.5 Analisis Tegangan Puntir

Tegangan puntir dihitung menggunakan persamaan:$$\tau = \frac{16T}{\pi d^3}$$τ=πd316T​

Perhitungan dilakukan untuk setiap variasi diameter poros.

Diameter 70 mm

$$d = 0.07 \; m$$$$\tau = 72 \; MPa$$

Nilai tegangan ini melebihi batas tegangan izin material sebesar 55 MPa sehingga diameter 70 mm tidak memenuhi kriteria keselamatan.

Diameter 80 mm

$$d = 0.08 \; m$$$$\tau = 48 \; MPa$$

Nilai tegangan berada di bawah batas tegangan izin sehingga diameter 80 mm dinyatakan aman digunakan.

Diameter 90 mm

$$d = 0.09 \; m$$$$\tau = 34 \; MPa$$

Nilai tegangan jauh di bawah batas izin sehingga diameter 90 mm juga aman digunakan.

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Tegangan Puntir

Diameter Shaft	Tegangan Puntir
70 mm	72 MPa
80 mm	48 MPa
90 mm	34 MPa

Berdasarkan tabel tersebut terlihat bahwa semakin besar diameter shaft maka semakin kecil tegangan puntir yang terjadi pada poros.

4.6 Penentuan Diameter Optimum

Berdasarkan hasil perhitungan, diameter 70 mm menghasilkan tegangan yang melebihi batas izin sehingga tidak dapat digunakan.

Diameter 90 mm menghasilkan tegangan paling rendah, namun penggunaan material menjadi lebih banyak sehingga kurang ekonomis.

Sementara itu, diameter 80 mm menghasilkan tegangan sebesar 48 MPa yang masih berada di bawah batas tegangan izin sebesar 55 MPa. Selain memenuhi aspek keselamatan, diameter ini juga lebih efisien dibandingkan diameter 90 mm.

Oleh karena itu, diameter shaft optimum untuk kondisi operasi yang ditinjau dalam penelitian ini adalah 80 mm.

Hasil tersebut menunjukkan bahwa metode numerik dapat digunakan secara efektif untuk menentukan dimensi poros yang memenuhi aspek keselamatan, keandalan operasional, dan efisiensi penggunaan material pada sistem propulsi kapal.

I. Acknowledgments
BAB V
KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis dan perhitungan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa poros propulsi (shaft) merupakan komponen utama dalam sistem propulsi kapal yang berfungsi mentransmisikan daya dan torsi dari mesin induk menuju propeller. Oleh karena itu, pemilihan diameter shaft harus dilakukan secara tepat agar mampu menahan beban puntir yang terjadi selama operasi tanpa melampaui batas tegangan yang diizinkan.

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa spesifikasi mesin Yanmar 6EY26W dengan daya sebesar 1920 kW dan putaran mesin sebesar 750 rpm menghasilkan kecepatan sudut sebesar 78,54 rad/s. Berdasarkan nilai tersebut diperoleh torsi yang harus ditransmisikan oleh poros sebesar 24.446 Nm. Nilai torsi ini menjadi parameter utama dalam proses evaluasi kekuatan shaft terhadap tegangan puntir yang terjadi selama operasi.

Persamaan kecepatan sudut yang digunakan adalah:$$\omega = \frac{2\pi n}{60}$$

Sedangkan perhitungan torsi dilakukan menggunakan persamaan:$$T = \frac{P}{\omega}$$

Analisis variasi diameter shaft menunjukkan bahwa semakin besar diameter poros, semakin kecil tegangan puntir yang terjadi. Hal ini disebabkan karena tegangan puntir berbanding terbalik dengan pangkat tiga diameter poros. Dengan demikian, perubahan diameter yang relatif kecil dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penurunan tegangan yang bekerja pada shaft.

Perhitungan tegangan puntir dilakukan menggunakan persamaan:$$\tau = \frac{16T}{\pi d^3}$$

Hasil analisis menunjukkan bahwa diameter 70 mm menghasilkan tegangan sebesar 72 MPa sehingga melebihi batas tegangan izin material sebesar 55 MPa dan dinyatakan tidak aman untuk digunakan. Diameter 90 mm menghasilkan tegangan sebesar 34 MPa sehingga sangat aman terhadap kegagalan akibat puntiran, namun penggunaan material menjadi kurang efisien. Sementara itu, diameter 80 mm menghasilkan tegangan sebesar 48 MPa yang masih berada di bawah batas tegangan izin dan tetap memberikan efisiensi penggunaan material yang baik.

Secara keseluruhan, hasil penelitian menunjukkan bahwa diameter shaft optimum untuk kondisi operasi yang ditinjau adalah 80 mm. Diameter tersebut mampu memenuhi aspek keselamatan, keandalan operasional, dan efisiensi penggunaan material secara bersamaan. Selain itu, penerapan metode numerik terbukti dapat digunakan secara efektif untuk membantu proses optimasi desain komponen mekanis, khususnya pada sistem propulsi kapal.

References

1. Budynas, R. G., & Nisbett, J. K. (2020). Shigley’s Mechanical Engineering Design (11th ed.). New York: McGraw-Hill Education.
2. Gere, J. M., & Goodno, B. J. (2018). Mechanics of Materials (9th ed.). Boston: Cengage Learning.
3. Carlton, J. (2019). Marine Propellers and Propulsion (4th ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.
4. Sularso, & Suga, K. (2004). Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
5. Yanmar Co., Ltd. (2023). Yanmar 6EY26W Marine Diesel Engine Specification Data. Osaka: Yanmar Co., Ltd.