Proses terjadinya kavitasi propeller kapal

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir sehingga membentuk gelembung-gelembung uap disebabkan karena berkurangnya tekanan cairan tersebut sampai dibawah titik jenuh uapnya. Misalnya, air pada tekanan 1 atm akan mendidih dan menjadi uap pada suhu 100 derajat celcius. Tetapi jika tekanan direndahkan maka air akan bisa mendidih pada temperatur yang lebih rendah bahkan jika tekanannya cukup rendah maka air bisa mendidih pada suhu kamar.

Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair. Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam pompa maupun didalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan/atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran, maka akan sangat rawan mengalami kavitasi. Misalnya pada pompa maka bagian yang akan mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isapnya. Kavitasi pada bagian ini disebabkan karena tekanan isap terlalu rendah.

Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa sehingga bisa menyebabkan dinding akan berlubang atau bopeng. Peristiwa ini disebut dengan erosi kavitasi sebagai akibat dari tumbukan gelembung-gelembung uap yang pecah pada dinding secara terus menerus.

Selain itu kavitasi juga menyebabkan suara yang berisik, getaran, korosi yang disebabkan karena adanya reaksi kimia gas-gas dan logam, dan juga dapat menyebabkan performansi pompa akan menurun secara tiba-tiba sehingga pompa tidak dapat bekerja dengan baik.

Cara-cara yang bisa digunakan untuk menghindari terjadinya kavitasi antara lain :

1. Tekanan sisi isap tidak boleh terlalu rendah pompa tidak boleh diletakkan jauh di atas permukaan cairan yang dipompa sebab menyebabkan head statisnya besar.

2. Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar. Bagian yang mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan rendah. Oleh karena itu besarnya kecepatan aliran harus dibatasi, caranya dengan membatasi diameter pipa isap tidak boleh terlalu kecil.

3. Menghindari instalasi berupa belokan-belokan tajam Pada belokan yang tajam kecepatan aliran fluida akan meningkat sedangkan tekanan fluida akan turun sehingga menjadi rawan terhadap kavitasi.

4. Pipa isap dibuat sependek mungkin, atau dipilih pipa isap satu nomer lebih tinggi untuk mengurangi kerugian gesek.

5. Tidak menghambat aliran cairan pada sisi isap.

6. Head total pompa harus sesuai dengan yang diperlukan pada kondisi operasi sesungguhnya.

Kavitasi biasa terjadi pada propeller kapal dan impeller pompa. Cara kerjanya adalah  ketika fluida air melewati foil maka bagian atas foil akan mempercepat diri karena pengaruh bentuk foil (konsep Cf dan Cd Foil). ketika kecepatan menambah maka tekanan menjadi turun. aliran fluida yang terjadi berbentuk swing yang sangat cepat. Apabila teman-teman ingat diagram T-s pada thermodinamika ada bagaian liquid dikanan dan vavor dikiri kubah uap, karena tekanan turun maka memuat fluida melewati batas saturasi dan timbulah gelembung berisi vavor. membesarnya vavor dipengaruhi oleh konsep heat transfer seperti proses terjadinya pendidihan (kalau teman-teman ingin mendalami saya recommend buku “Fenomena Pendidihan” karya Prof Raldi). Proses kavitasi yang dapat merusak pinggik foil karena pecahnya gelembung-gelembung secara continue. terdapat 3 parameter yaitu tegangan permukaan gelembung dan tekanan vavor serta tekanan liquid dalam hal ini air, apabila tekanan liquid lebih besar dibanding tegangan permukaan dengan luas penampang gelembung maka gelembung akan pecah dan tekanan liquid akan menekan permukaan foil tersebut (konsep perpindahan karena perbedaan tekanan).

Reparasi propeller

Kerusakan pada propeller khususnya pada daun propeller berpengaruh terhadap performa dari kapal dimana daya yang ditransferkan dari mesin tidak dapat di serap secara maksimal (dengan kata lain terjadi losses daya pada propeller). Sebagai contoh jika daun propeller mengalami bending atau bengkok maka kemungkinan terjadi perubahan pitch propeller untuk rasio r/R tertentu, hal ini menyebabkan terjadinya peningkatan pada beban propeller (propeller load) sehingga untuk mencapai kecepatan servis dibutuhkan daya motor penggerak yang lebih besar (kurva beban propeller akan naik dan keluar dari kurva range daya mesin/engine envelope) dan jika dipaksakan maka motor induk akan bekerja dengan keras (MCR secara kontinu) hal ini akan membahayakan motor, jika digunakan secara kontinu maka kemungkinan motor akan rusak (batang piston, piston dan bagian-bagian bergerak lainnya).

Proses reparasi propeller kapal dilakukan ketika kapal berada di dalam dok (proses docking), umumnya kerusakan pada propeller terjadi pada bagian daunnya (blade) dimana daun propeller inilah yang menjadi prantara antara kapal dan air sehingga kapal dapat berjalan, sebagai contoh kerusakan pada daun propeller seperti : mengalami fouling, terjadi pengikisan akibat kavitasi, terjadi keretakan dan bengkokan (bending) akibat berbenturan dan sebagainya. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya dengan kondisi propeller yang tidak optimum tersebut maka performa propeller akan turun.

Secara umum proses reparasi propeller berdasarkan jenis kerusakan atau permasalahan yang dapat terjadi adalah sebagai berikut :

Pengikisan daun propeller.

• Bersihkan daun propeller.

• Lakukan penambahan bahan (sesuai material propeller) dengan las Pada bagian-bagian propeller yang mengalami pengikisan.

• Setelah dilakukan penambahan ketebalan (las popok), selanjunya digerinda dan dihaluskan permukaan daun propeller hingga sesuai dengan kondisi awal dengan bentuk dan ketebalan yang sama.

• Langkah terakhir adalah balancing propeller.

Fouling dalam jumlah besar pada propeller

• Bersihkan daun propeller dengan gerinda hingga semua fouling yang mempel dapat terlepas. Pastikan daun propelle tidak terkena gerinda pada proses ini.

• Untuk sisa-sisa fouling yang masih menempel dapat dibersihkan dengan cairan kimia yang mendapatkan sertifikasi.

• Langkah terakhir adalah meratakan permukaan daun propelle dengan grinda.

Keretakkan pada daun propeller

• Pada bagian yang retak dipotong dan diganti dengan plat baru dengan ketebalan dan jenis material yang sesuai dengan propeller, penyambungan dilakukan dengan cara dilas.

• Setelah disambung, kemudian digrinda (pada sambungan) sampai permukaannya halus dan ketebalan sesuai dengan ketebalan propeller.

• Langkah terkahir adalah balancing propeller.

Bengkokan/bending dan patah pada daun propeller

• Apabila bengkokan yang terjadi tidak begitu parah, maka daun propeller dapat diluruskan kembali dengan cara dipanaskan dan dipukul merata atau dipres hingga rata, yang harus diperhatikan adalah sudut rake propeller, pastikan tidak terjadi perubahan sudut.

• Jika bengkokan yang terjadi cukup parah, maka sisi daun propeller tersebut harus dipotong dan disambung lagi dengan plat yang memiliki bahan dan ketebalan yang sama. Penyambungan dilakukan dengan las.

• Pada sisi penyambungan digerinda hingga halus dan ketebalannya sesuai dan pada sisi tip propeller dibentuk sesuai dengan bentuk awal (dengan grinda).

• Selanjutnya propelle dibalancing.

Proses pemotongan blade propeller

• Proses pemotongan blade propeller, penyebab terjadinya pemotongan ini diakibatkan karena kerja engine menggerakkan propeller terlalu berat sehingga engine menjadi over heat dan merusak sebagian sensor panas yang dipasang pada sistem transmisi kapal. Solusi agar masalah ini terselesaikan adalah melakukan pemotongan sehingga mengurangi diameter propeller dan sesuai dengan beban yang mampu ditanggung engine.

• Persiapan sebelum pemotongan adalah pembuatan mal yang telah disesuaiakan dengan bentuk dan ukuran yang diinginkan. Mal yang dipakai disini terbuat dari kertas sampul, langkah pertama pemotongan adalah meletakkan mal pada blade yang akan dipotong kemudian dibuat pola sesuai mal pada blade menggunakan spidol.

• Pemotongan dilakukan pada ujung blade sesuai dengan tujuan awal yaitu mengurangi diameter. Alat yang digunakan adalah gerinda potong dan orang yang berhak melakukan proses ini harus memiliki sertifikat dari klas. Untuk mempermudah proses pemotongan bagian yang akan dipotong dibagi beberapa potongan kecil.

• Setelah semua bagian terpotong maka langkah selanjutnya bagian ujung blade yang terpotong tadi dihaluskan menggunakan amplas atau gerinda, seluruh blade juga dipoles menggunakan gerinda supaya terlihat rapi dan indah.

Balancing propeller

Setelah dilakukan perbaikan di atas selanjutnya adalah proses balancing propeller. Balancing propeller merupakan proses yang dilakukan untuk mengetahui apakah masing-masing daun propeller telah seimbang satu dengan yang lainnya. Tujuan dari balancing ini adalah agar tidak terjadi torsi yang tidak seimbang pada saat propeller berputar yang mana jika dibiarkan terus dapat mengakibatkan deformasi atau lenturan pada poros propeller dan getaran yang sifatnya fluktutatif dan merusak, sehingga dapat membahayakan.

Proses balancing propeller ini dapat dilakukan secara konvensional atau dengan alat khusus pengecek getaran dan keseimbangan.

Pada balancing secara manual dilakukan dengan menggunakan poros sederhana. Langkah-langkahnya sebagai berikut :

1. Siapkan sebuah poros panjang dengan diameter yang sesuai dengan diameter bos propeller. Biasanya ukuran poros ini sudah tersedia di pasaran dengan ukuran yang sesuai dengan diameter hub propeller.

2. Masukkan poros tersebut ke dalam hub propeller dan berikan sedikit pelumas agar putarannya lancar.

3. Berikan pengunci pada kedua sisi poros agar propeller tidak terlepas ketika diputar.

4. Putar daun propeller dengan kecepatan tertentu hingga propeller berhenti dengan sendirinya akibat massa propeller dan gaya gravitasi.

5. Lakukan langkah di atas beberapa kali hingga propeller berhenti dengan sendirinya.

6. Jika propeller berhenti pada satu sisi daun propeller setelah dilakukan beberapa kali putaran (salah satu daun selalu berada dibawah) dimana propeller berhenti akibat perbedaan massa dari daun propeller, maka dapat dipastikan daun tersebut memiliki massa yang tidak sesuai (lebih berat) dari daun propeller yang lain. Sehingga dapat dikatan propeller tersebut tidak balance.

Untuk mengetahui seberapa banyak kelebihan massa dari daun propeller yang tidak balance tersebut, dapat dilakukan dengan menambahkan sedikit massa pada ujung daun propeller lain sebagai penyeimbang. Pemberat ini dapat menggunakan malam. Setelah diberi pemberat, selanjutnya propeller diputar kembali dan pastikan propeller dapat berhenti dengan sendirinya akibat massa dan gravitasi, jika masih belum balance tambahkan massa pemberat hingga terjadi balance.

Ketika propeller telah balance maka massa dari daun propeller yang tidak balance dapat dikatahui dari jumlah massa malam yang ditempelkan tadi sebagai penyeimbang. Dari massa tersebut kemudian dilakukan proses grinding hingga massa daun propeller dikurangi sejumlah massa malam pemberat.

Proses balancing dengan computer dapat memberikan hasil yang lebih presisi dimana propeller diputar dengan kecepatan yang dapat dikontrol, dan tingkat getarannya dapat dikontrol hingga kecepatan tinggi.