Analisa Kombinasi Hub Cap dan Ducted Propeller Dengan Pendekatan CFD (Computational Fluid Dynamic)

Transkripsi

1 1 Abstrak Propeller adalah suatu alat penggerak penggerak kapal yang paling banyak digunakan untuk menggerakkan kapal. Propeller merubah gaya putar dari blade menjadi daya dorong untuk menggerakkan kapal. Berdasarkan penelitian yang dilakukan sebelumnya, banyak jenis propeller yang ditemukan untuk meningkatkan effisiensi dan daya dorong kapal contohnya adalah Ducted Propeller dan Hubcap Propeller. Tujuan dari tugas akhir ini adalah mengetahui seberapa besar pengaruh penambahan Hub-Cap pada Ducted Propeller terhadap Torsi, Thrust dan Effisiensi yang dihasilkan dibandingkan dengan Ducted Propeller normal dengan pendekatan CFD (Computational Fluid Dynamic). Analisa yang dilakukan yaitu melihat efek penambahan hub cap dalam berbagai jenis hub cap pada Ducted Propeller. etelah analisa berakhir kita membandingkan hasil analisa dalam grafik. Hasil dari analisa tersebut adalah penambahan hub cap terutama pada jenis hub cap Kata Kunci: Propeller, Kaplan, Duct, Hub Cap, CFD I. PENDAHULUAN apal adalah sebuah hasil teknologi yang memiliki berbagai macam sistem yang kompleks dan rumit. Pada saat kapal bergerak dengan kecepatan tertentu, maka akan mengalami gaya hambat dari air, dan untuk mengatasi gaya tersebut diperlukan suatu gaya dorong yang cukup besar dari sistem penggeraknya. Propulsor adalah salah satu bagian dari sistem propulsi kapal, sampai saat ini efisiensi propeller masih sangat kecil. Aliran fluida yang mengalir setelah propeller dapat menyebabkan losses sehingga mengurangi efisiensi, maka dilakukan inovasi dan rekayasa terhadap propeller agar mendapatkan efisiensi propeller yang baik. Berbagai inovasi mengenai propeller kini sudah banyak bermunculan. Beberapa Inovasi propeller tersebut contohnya mengenai Ducted Propeller (Kort Nozzle Propeller) dan Hub- Cap Propeller. Ducted Propeller yang merupakan propeller yang ditambahkan saluran pipa (duct) seperti gelang yang berbentuk aerofoil pada penampang potongan melintangnya. Dengan adanya duct tersebut, dapat mengurangi gaya tekan yang menginduksi lambung kapal, juga dapat meningkatkan thrust (gaya dorong) propeller. edangkan Hub-cap propeller merupakan modifikasi propeller yang diberi penambahan sirip / fin pada bagian cap propeller. Penambahan sirip / fin ini dapat memperkecil loses yang terjadi pada Hub Propeller yang disebut dengan Hub Vortex Cavitation. ehingga dapat meningkatkan effisiensi dari propeller tersebut. Dari kedua jenis propeller tersebut dengan keunggulannya masing masing, maka diadakan suatu penelitian yang menjadikan dasar skripsi yaitu perpaduan kedua jenis propeller diatas. Konsep dari perpaduan propeller ini adalah bagian cap pada propeller, diberikan penambahan sirip / fin yang kemudian disebut hub-cap propeller. Dan selanjutnya Hub- Cap Propeller ini akan diberi saluran (Duct). Dan selanjutnya perpaduan tersebut dapat disebut sebagai Hub-Cap Ducting Propeller. Permasalahan-permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini, antara lain: raptor, memiliki torque yang lebih kecil dan effisiensi a. 1. Bagaimana menentukan Thrust dan Torque yang yang lebih besar dari Ducted Propeller normal. K Analisa Kombinasi Hub Cap dan Ducted Propeller Dengan Pendekatan CFD (Computational Fluid Dynamic) Doni Irawan (1), Irfan yarief Arief,.T, M.T (2), dan Ir. urjo W. Adji, M.c, Ceng, FIMarET (3) (1) Mahasiswa Teknik istem Perkapalan IT, (2),(3) taff Pengajar Teknik istem Perkapalan IT Teknik istem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi epuluh Nopember (IT) Jl. Arief Rahman Hakim, urabaya irfansya@its.ac.id dihasilkan Ducted propeller setelah mengalami penambahan Hub Cap? b. 2. Bagaimana menentukan besar Efficiency yang dihasilkan Hub-Cap Ducting Propeller? edangkan tujuan dari penelitian ini ialah untuk menjawab pertanyaan di atas. II. URAIAN PENELITIAN Berikut ini adalah alur dari kegiatan yang dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan dalam penelitian ini: A. Identifikasi dan Perumusan Masalah Pada proses ini akan dilakukan suatu identifikasi dan perumusan masalah yaitu tentang analisa besarnya nilai efisiensi dan thrust yang dihasilkan ducted propeller setelah mengalami penambahan hub cap. etelah mengetahui rumusan masalah yang akan dibahas, maka selanjutnya adalah menentukan metode penyelesaian yang akan digunakan. B. tudi Literatur Tahapan selanjutnya adalah melakukan studi literature dengan tujuan untuk merangkum teori teori dasar, acuan

2 2 secara umum dan khusus, serta untuk memperoleh berbagai informasi pendukung lainnya yang berhubungan dengan pengerjaan tugas akhir ini. tudi literatur ini dapat diperoleh dari buku, jurnal, paper atau dari internet yang mendukung bahasan dari tugas akhir ini. elain itu bisa juga dengan melakukan Tanya jawab dengan pihak yang berkepentingan dan berkompeten pada bahasan ini. C. Pembuatan Model Propeller Pembuatan model propeller untuk penelitian ini menggunakan software CFD. Dalam penelitian ini data yang digunakan pemodelan adalah Propeller dengan spesifikasi sebagai berikut : Tipe : Ka Propeller Diameter : 2 mm Jari Jari : 1 mm P/D :,7 Ae / Ao :,7 Jumlah Daun : 4 Gambar 1. Koordinat Titik dan Garis Ka Propeller Koordinat yang telah terhubung dengan garis tersebut selanjutnya diberi surface agar bisa diteruskan ke tahap selanjutnya, yaitu tahap meshing dan running. D. Pengujian Model dan Pencatatan data etelah pembuatan model yang akan diuji selesai, langkah selanjutnya yaitu pengujian model dan pencatatan data, pengujian model dilakukan pada software olid Work Flow imulation dengan memvariasikan bentuk hub cap pada propeller. Variasi bentuk hub cap yang akan diujikan adalah Modif 1 (), Modif 2 (), Modif 3 (U-47) dan Modif 4 (). Pengujian model ini bertujuan untuk mengetahui area, tekanan dan juga wall shear pada face dan back yang terjadi akibat adanya variasi jenis hub cap pada propeller yg telah dibuat. E. Analisa Data dan Pembahasan etelah simulasi pada CFD selesai, selanjutnya adalah analisa data dan pembahasan yaitu membandingkan data yang sudah di dapat dari pengujian model pada tiap variable serta menampilkan data tersebut dalam grafik. III. TAHAP PENGGAMBARAN ebelum memulai analisa, maka terlebih dahulu kita harus memodelkan / menggambarkannya terlebih dahulu A. Redesign Propeller Penggambaran koordinat model terlebih dahulu dilakukan untuk mempermudah penggambaran pada software Ansys yang akan dikerjakan. Dan spesifikasi propeller yang akan dibuat pemodelannya adalah seperti pada bab II Uraian Penelitian. Gambar 2. Pemodelan Propeller yang telah diberi urface Akan tetapi penggambaran yang dilakukan tadi hanya satu buah blade saja. Jadi untuk mendapatkan jumlah blade yang diinginkan perlu melakukan tool rotate terhadap sumbu X yang berpusat pada koordinat (,, ) untuk mendapatkan jumlah blade 4, maka harus diputar 9 Proses pertama yang dilakukan dalam proses penggambaran propeller adalah menentukan koordinat dari masing masing propeller tersebut yang didapat dari oftware Marine Propeller Geometry yang berupa titik. elanjutnya dari koordinat titik titik tersebut dihubungkan dengan garis (line). Gambar 3. Pemodelan Propeller yang telah diputar 36 O.

3 3 B. Redesign Kort Nozzle pesifikasi Kort Nozzle yang dipergunakan adalah: Tipe : Nozzle 19 A Diameter dalam : 26 mm Lebar : 1545 mm Dari data spesifikasi kort nozzle yang diperoleh, langkah selanjutnya adalah penggambaran koordinat kort nozzle yang akan dimodelkan di dalam ansys. Dari table 1, kita bisa menentukan letak koordinat untuk penggambaran kort nozzle. Tabel 1 Tabel Koordinat Kort Nozzle X / L Yinner / L Youter / L Gambar 5. urface Kort Nozzle 19A C. Penggambaran irip Hub Cap Penentuan bentuk dan dimensi sirip yang digunakan menggunakan analisa non-dimensional, dimana dimensi dari sirip secara keseluruhan berdasarkan perbandingan dari jari jari propeller. Dari jari jari propeller tersebut dan perbandingan sirip maka akan dapat dihitung dimensi dari sirip tersebut. Di dalam tugas akhir ini akan dimodelkan Ducted propeller yang normal dan Ducted propeller yang mengalami penambahan bentuk sirip (fin) dari hub cap akan dimodelkan dalam 4 jenis sirip, yakni: 1. Modif 1 () Pada modifikasi yang pertama ini berbentuk dengan foil naca yang berbentuk persegi panjang jika dilihat dari samping. Tinggi dari fin tersebut adalah,3r dan panjang foil sebesar,3r Dari koordinat tersebut, dapat dibuat profil kort nozzle yang dibuat ke dalam software Auto cad. Gambar foil yang telah dibuat kemudian di Eksport ke dalam software Icem CFD Ansys untuk dibuat geometrinya. Hasil Eksport tersebut kemudian diputar 36 untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Gambar 6. Hub Cap Propeller Modif 1 () 2. Modif 2 () Bentuk dari jenis sirip ini berbentuk segitiga siku siku yang bagian tegak lurus menghadap sisi bagian depan atau sisi miring menghadap ke bagian belakang propeller. Gambar 4 Profil Kort Nozzle tipe 19 A Gambar 7. Hub Cap Propeller Modif 1 ()

4 4 3. Modif 3 (U-47) Bentuk dari jenis sirip ini sama dengan sirip pada modif 2 (), tetapi pada modif 3 ini posisi segitiga memiliki arah yang berbeda dengan ukuran,3 R Gambar 8. Hub Cap Propeller Modif 3 (U-47) 4. Modif 4 () Bentuk dari jenis sirip ini sama dengan sirip pada modif 3 yakni berbentuk segitiga siku siku, tetapi pada modif keempat ini mempunyai ukuran yang lebih kecil daripada modif 3 yaitu,1 R 27 7 Propeller 12 () Propeller 12 (U47) Propeller 12 () Data yang diperoleh dari hasil simulasi berupa data numeric adalah harga dari Pressure, Wallshear dan Area Propeller yang kemudian ditabulasikan menjadi Torsi, thrust dan effisiensi dari propeller. Gambar 9. Hub Cap Propeller Modif 4 () IV. ANALIA DATA DARI PROE IMULAI MODEL Model yang telah dibuat, selanjutnya akan melalui tahap simulasi dengan variasi putaran propeller sebagai berikut : Jenis Propeller Tabel 2 Variasi Pengujian Kecepatan Propeller () 7 Ducted Propeller 12 () Propeller 12 () Data data yang ditabulasikan dalam bagian sebelumnya, kemudian akan di plot ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui karakteristik dari masing masing model variasi yang dibuat. Thrust (N) Thrust Gambar 1. Thrust U-47 Dari grafik hubungan persentase Thrust berbanding Ducted Propeller dengan perubahan modifikasi bentuk hub cap dan, dapat dilihat bahwa kecenderungan nilai presentase thrust pada modifikasi hub cap selain jenis raptor lebih kecil dibandingkan dengan Ducted Propeller.

5 5 Pada hub cap jenis dan Hub Cap jenis groove nilai thrust akan mengalami peningkatan signifikan diatas 22. Tetapi hub cap jenis U-47 dan raptor mengalami penurunan setelah diatas 22. Torque (Nm) Gambar 11. Torque Dari grafik hubungan persentase Torsi berbanding dengan Ducted propeller dengan perubahan modifikasi hub cap dan, dapat dilihat bahwa kecenderungan nilai persentase modifikasi hub cap lebih besar dari pada Ducted Propeller dengan peningkatan nilai torsi di setiap penambahan yang dilakukan. Tetapi berbeda dengan jenis hub cap raptor yang memiliki nilai persentase torsi hampir sama dengan dengan Ducted Propeller. Dan dengan peningkatan putaran diatas 22, persentase torsi menurun dengan signifikan. Effisiensi (%) Torque Efisiensi Gambar 12. Effiensi U-47 U-47 Dari grafik hubungan persentase Effisiensi berbanding dengan Ducted propeller dengan perubahan modifikasi hub cap dan, dapat dilihat bahwa kecenderungan Effisiensi modifikasi Hubcap berada di bawah Ducted Propeller. Tetapi berbeda dengan Hub Cap Jenis yang Effisiensinya cenderung berada di atas Ducted Propeller. eiring dengan peningkatan Putaran Propeller, persentase perbandingan effisiensi modifikasi hub cap cenderung menurun. Tetapi pada peningkatan putaran diatas 22, presentasi perbandingan effisiensi meningkat. V. KEIMPULAN/RINGKAAN etelah melakukan analisis data dan pembahasan, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut. 1. Thrust terbesar terdapat pada Ducted Propeller pada putaran 7 rpm dengan nilai N, sedangkan Thrust terendah terdapat pada Hub Cap Ducted Propeller Jenis U-47 pada putaran 27 rpm dengan nilai N 2. Torque terbesar terdapat pada Ducted Propeller pada putaran 7 rpm dengan nilai Nm, sedangkan Torque terendah terdapat pada Hub Cap Propeller jenis dengan nilai Nm 3. Effisiensi terbesar terdapat pada Hub Cap Ducted Propeller Jenis pada putaran 22 rpm dengan nilai.53, sedangkan effisiensi terendah terdapat pada Hub Cap Ducted Propeller Jenis u-47 pada putaran 22 rpm dengan nilai Penambahan Hub Cap pada Ducted Propeller yang paling optimal adalah pada hub cap jenis dengan karena memiliki Effisiensi diatas dari Ducted Propeller 5. Pemanfaatan Hub Cap Ducted Propeller ini hanya untuk kapal cepat dan tinggi. UCAPAN TERIMA KAIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Irfan yarief Arief,.T, M.T dan Bapak Ir. urjo W. Adji, M.c, Ceng, FIMarET., selaku dosen pembimbing atas arahan dan bimbingannya. Terima kasih kepada seluruh pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penelitian ini sehingga Penelitian ini dapat diselesakan. DAFTAR PUTAKA [1] W.Adji, urjo. 25. Engine Propeller Matching. urabaya : Teknik istem Perkapalan IT. [2] W.Adji, urjo. 25. Pengenalan istem Propulsi. urabaya : Teknik istem Perkapalan IT. [3] Chrysdeckie, Arwan. 29. Tugas Akhir : Analisa Aliran Fluida pada Hub-Cap melalui Pemodelan CFD. urabaya : Institut Teknologi epuluh Nopember [4] Muhyi, Abdul. 21. Tugas Akhir : Analisa Kombinasi Ducted dan Contra Rotating Propeller dengan pendekatan CFD. urabaya : Institut Teknologi epuluh Nopember [5] Kuiper, G The Wageningen Propeller eries. Hamburg : Institut Fur chiffbau dar Univarstat Hamburg [6] Tamura, Yuichi dan Nanke, Yoshiki. 21. Development of a High Performance Ducted Propeller. Vancouver : ABR Company Ltd.