KAJIAN EKSPERIMEN PENAMBAHAN PROPERTIES OUTLET PADA GAS BUANG ENGINE UNTUK MENAMBAH DAYA DORONG DAN EFEK TURBULENSI Dimas Bagas Prakoso 1), Irfan Syarief Arief ST,MT. 2), 1) Mahasiswa : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111, email :dimasbp1987@yahoo.com 2) Dosen Pembimbing 1, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111 ABSTRAK Kapal merupakan alat transportasi yang paling banyak digunakan oleh masyarakat di dunia, selain karena hampir sepertiga luasan bumi ini berupa lautan juga karena lebih ekonomis daripada alat tranportasi udara yang sama-sama dapat menempuh jarak jauh. Dari waktu ke waktu kapal juga mengalami kemajuan khususnya dalam hal sistem, kapal adalah sebuah 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. Salah satu cara untuk mengurangi hambatan tersebut adalah dengan microbubble, yaitu gelembung udara yang disemprotkan ke lambung kapal dengan memanfaatkan udara panas (gas buang engine). Kata kunci: gelembung udara, gas buang engine, gaya dorong, turbulensi. 1. Pendahuluan Kapal merupakan alat transportasi yang paling banyak digunakan oleh masyarakat di dunia, selain karena hampir sepertiga luasan bumi ini berupa lautan juga karena lebih ekonomis daripada alat tranportasi udara yang sama-sama dapat menempuh jarak jauh. Dari waktu ke waktu kapal juga mengalami kemajuan khususnya dalam hal sistem, kapal adalah sebuah 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. Salah satu cara untuk mengurangi hambatan tersebut adalah dengan microbubble, yaitu gelembung udara yang disemprotkan ke lambung kapal dengan memanfaatkan udara panas (gas buang engine). Dalam penulisan skripsi ini akan dijelaskan mengenai pemanfaatan gas buang dari mesin diesel untuk dijadikan energi tambahan, energi tambahan yang dihasilkan disebabkan oleh pengurangan tahanan gesek pada lambung kapal oleh bubble (gelembung) yang dihasilkan dari gas buang main engine yang disemprotkan ke lambung kapal. Oleh karena itu dilakukan kajian eksperimen dengan menambahkan properti outlet pada gas buang engine sehingga bubble yang dihasilkan dapat mengalir sesuai yang diharapkan untuk menambah daya dorong dan efek turbulen. 2.Tinjauan Pustaka Dalam dinamika fluida, gaya hambat (yang kadang-kadang disebut hambatan fluida adalah gaya yang menghambat pergerakan sebuah benda padat melalui sebuah fluida ( cairan atau gas). Bentuk gaya hambat yang paling umum tersusun dari sejumlah gaya gesek, yang bertindak sejajar dengan permukaan benda, plus gaya tekanan, yang bertindak dalam arah tegak lurus dengan permukaan benda. Bagi sebuah benda padat yang bergerak melalui sebuah fluida, gaya hambat merupakan komponen dari aerodinamika gaya resultan atau gaya dinamika fluida yang bekerja dalam arahnya pergerakan. Komponen tegak lurus terhadap arah pergerakan ini dianggap sebagai gaya angkat. Dengan begitu gaya hambat berlawanan dengan arah pergerakan benda, dan dalam sebuah kendaraan yang digerakkan mesin diatasi dengan gaya dorong. Secara umum kapal bergerak di media air dengan kecepatan tertentu, maka akan mengalami gaya hambat yang berlawanan dengan arah gerak kapal tersebut. Besarnya gaya hambat yang terjadi harus mampu diatasi oleh gaya dorong kapal (thrust) yang dihasilkan dari kerja alat gerak kapal (propulsor). Tahanan kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja pada kapal sedemikian rupa sehingga melawan gerakan kapal tersebut. Tahanan tersebut sama dengan komponen gaya fluida yang bekerja sejajar dengan sumbu gerakan kapal. Salah satu cara untuk mengurangi hambatan tersebut adalah dengan menggunakan
microbubble, yaitu gelembung udara yang disemprotkan ke lambung kapal dengan memanfaatkan udara panas (gas buang dari engine). Penggunaan bubble sangat aman bagi lingkungan seperti yang dijelaskan oleh Center for Smart Control of Turbulence National Maritime Research Institute, Japan. Gambar 2.1 aplikasi bubble pada kapal Metodologi skripsi ini, untuk lebih jelasnya akan dijabarkan sebagai berikut : 3.2.1 Identifikasi dan Perumusan Masalah Penulisan Skripsi ini dimulai dengan mengidentifikasi dan merumuskan masalah mengenai pengerjaan yang akan dilakukan dan juga batasan masalahnya. Hal ini dilakukan untuk menyederhanakan masalah sehingga memudahkan pengerjaan dan penyelesaian penulisan Skripsi ini. 3.2.2 Pengumpulan Data Data yang dibutuhkan pada studi ini adalah data engine. akan dicari parameter yang berpengaruh pada eksperimen. Data yang dibutuhkan, antara lain: Gambar 2.3 penempatan bubble injector Pada tahun 2001 The Shipbuilding Research Association mencoba bereksperimen menggunakan bubble pada kapal SEIN-MARU dan NMRI, tahanan gesek yang berhasil tereduksi berkisar antara 5 %, percobaan tersebut merupakan eksperimen pertama kali didunia aplikasi bubble dengan menggunakan kapal berukuran besar. 3.Metodologi 3.1 Umum Pada bab ini akan diuraikan langkahlangkah sistematis yang akan dilakukan dalam penelitian ini. Metodologi merupakan kerangka dasar dari tahapan penyelesaian tugas akhir. Metodologi penulisan tugas akhir ini mencakup semua kegiatan yang akan dilaksanakan untuk memecahkan masalah atau melakukan proses analisa terhadap permasalahan tugas akhir. Dalam menyelesaikan permasalahan tersebut yang akan di gunakan adalah metode metode eksperimen. Dalam perencanaan eksperimen ini menggunakan tahapan-tahapan pegerjaan, sebagai berikut : 1. Studi Literatur 2. Pra-Eksperiment 3. Eksperiment dan Pengambilan data 4. Analisa data dan Pembahasan 5. Pengambilan kesimpulan 6. Penyusunan laporan 3.2 Metodologi Skripsi Menganalisa tekanan gas buang engine dengan memvariasikan : Selang katup Bentuk properties outlet 3.2.3 Studi Literatur Studi literatur dilakukan dengan pengumpulan referensi-referensi mengenai pemanfaatan gas buang. Literatur-literatur tersebut didapatkan dari : 1. Text book 2. Internet 3. Artikel 4. Journal 5. Paper 6. tugas akhir Sedangkan untuk tempat pencarian dan pembacaan dari literatur tersebut dilakukan di : 1. Perpustakaan pusat ITS 2. Ruang Baca FTK 3. Ruang Baca Jurusan Teknik Sistem perkapalan 4. Laboratorium Mesin Kapal Jurusan Teknik Sistem perkapalan - FTK 5. Lab Sistem Jurusan Teknik Sistem perkapalan FTK 3.2.4 Kesimpulan dan saran Mencapai tujuan dari tugas akhir ini yaitu Untuk mencari bentuk properti outlet yang paling sesuai untuk menambah gaya dorong yang dihasilkan oleh gas buang engine..
4. Analisa Data dan Pembahasan Flowchart Tugas Akhir 5 Ditutup 45º Ditutup 45º 6 Ditutup 45º Dibuka penuh 7 Ditutup penuh Ditutup 45º 8 Ditutup penuh Dibuka penuh Ket: Katup 1 adalah katup pada pipa Y dimana udara gas buang hasil dari diesel dikeluarkan Katup 2 adalah katup untuk mentransmisikan udara panas dari diesel ketowing tank. Grafik tekanan pressure gauge menggunakan kompressor 4.1 METODE PERCOBAAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai langkah langkah percobaan dan analisa tentang percobaan tersebut. Dan pembahasan dari data yang didapat. 4.1.1 Alat yang dibutuhkan dalam percobaan Mesin Yanmar 5 Hp Tachometer Pressure gauge Pipa Y ukuran 1 dim menyesuaikan diameter dari knalpot mesin Klem Selang anti panas ukuran 1 dim Selang anti panas ukuran 3/4 dim Valve ukuran 1 dim menyesuaikan diameter dari pipa Y Towing Tank untuk melihat aliran dari fluida Dudukan mesin yang disesuaikan dengan ketinggian dari towing tank 4.1.2 Analisa Percobaan Tabel Variasi bukaan katup Variasi Katup 1 Katup 2 1 Dibuka penuh Ditutup penuh 2 Dibuka penuh Ditutup 45º 3 Dibuka penuh Dibuka penuh 4 Ditutup 45º Ditutup penuh Grafik tekanan pressure gauge menggunakan engine tanpa ditransmisikan ke towing tank Pada percobaan menggunakan gas buang engine tanpa ditransmisikan ke towing tank terlihat bahwa tekanan cenderung stabil, walaupun pada variasi 3 tekanan menjadi turun dikarenakan kedua katup sama sama dibuka penuh, akan tetapi pada variasi variasi lainnya tekanan cenderung stabil.selain itu terlihat bahwa nilai pada tabel cenderung stabil. Diantara grafik percobaan menggunakan gas buang kompressor dan Grafik percobaan menggunakan gas buang engine tanpa ditransmisikan ke towing tank mempunyai bentuk yang hampir sama yaitu equilibrium, yaitu sama sama naik setelah variasi ke 3, tekanan pada variasi ke -3 turun dikarenakan kedua katup sama sama ditutup penuh. Akan tetapi pada variasi pertama tekanan gas buang engine tanpa
ditransmisikan ke towing tank lebih tinggi yaitu sebesar 0.19 bar. Untuk mengetahui nilai tekanan dari tiap variasi dapat dilihat pada tabel A.2 pada lembar lampiran. 4.1.3 Analisa Percobaan Untuk mengetahui nilai tekanan dari tiap variasi dapat dilihat pada tabel A.5 dan A.6 pada lembar lampiran. Grafik 3 percobaan dengan selang diameter 1 dim dan RPM 750 Dari percobaan dengan variasi diameter selang dan RPM didapatkan data-data sebagai Grafik 1 percobaan dengan selang diameter 3/4 dim dan RPM 750 Grafik 4 percobaan dengan selang diameter 1 dim dan RPM 650 Grafik 2 percobaan dengan selang diameter 3/4 dim dan RPM 650 Pada grafik percobaan menggunakan selang dengan diameter 3/4 tekanan tertinggi mencapai 0.28 pada variasi 7 dimana katup 1 ditutup penuh dan katup 2 ditutup 45 derajat, hal ini dikarenakan penyempitan selang disbanding percobaan menggunakan selang berdiameter 1 dim, walaupun memiliki energy tambahan yang cukup tinggi setelah garfik percobaan 1 akan tetapi aliran yang dihasilkan oleh gas buang menjadi turbulen, Dan pada variasi ini berpotensi bahaya pada diesel jika dioperasikan secara terus menerus engine menjadi lebih panas. Pada Grafik percobaan menggunakan selang diameter ¾ rpm 750, terlihat bahwa pada variasi bukaan katup ke-3 yaitu kedua katup sama - sama dibuka penuh, grafik menurun tajam di anka 0.17. Hal ini dikarenakan variasi bukan katup yang sama sama dibuka penuh mengakibarkan tekan menurun tajam diikuti kenaikan yang drastic pada variasi ke-4. Pada kedua grafik juga terlihat perbedaan bahwa percobaan dengan menggunakan selang diameter ¾ rpm 750 cenderung lebih tinggi daripada menggunakan rpm 650, hal ini disebabkan penyempitan diameter selang dan rpm yang lebih tinggi sehingga tekanan yang keluar lebih besar. Pada percobaan dengan menggunakan diameter pipa 1 dim tekanan yang dihasilkan oleh gas buang dari engine hampir sama dengan tekanan yang dihasilkan dengan menggunakan selang dengan diameter ¾ hal ini disebabkan karena luas permukaan dari selang tersebut lebih besar sehingga tekanan yang dihasilkan sangat kecil hal ini dikarenkan fluida selalu memberikan tekanan ke semua arah,maka semakin kecil luas penampang semakin besar tekanan yang dihasilkan. 5. Kesimpulan Beberapa poin kesimpulan dari Studi KAJIAN EKSPERIMEN PENAMBAHAN PROPERTIES OUTLET PADA GAS BUANG ENGINE UNTUK MENAMBAH DAYA DORONG DAN EFEK TURBULENSI, yaitu: 1. Pemakaian penutup atau kanopi pada selang sangat efektif untuk mengalirkan fluida udara yang disalurkan ke air tetapi hanya pada selang dengan diameter lebih besar. Hal ini disebabkan karena perbedaan tekanan dan massa jenis dari fluida udara maupun air, sehingga dengan penggunaan kanopi atau mendesain ujung selang agar alirannya menjadi terfokus dapat meningkatkan aliran dari fluida. 2. Jika dibandingkan dengan tugas akhir saudara Syaiful Arief, mahasiswa Teknik Sistem
Perkapalan angkatan 2006 yang berjudul STUDI BANDING PEMANFAATAN UDARA PANAS DARI GAS BUANG ENGINE UNTUK ENERGI TAMBAHAN DENGAN PENDEKATAN METODE BUBBLE DAN EKSPERIMEN. Tugas akhir saya lebih terfokus pada variasi bentuk penambahan properties outlet yang akn digunakan. Dan dari percobaan yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa bentuk properties outlet yang paling baik adalah properties outlet no.4 yaitu pipa yang ujungnya membentuk sudut 45º. Dan dapat menambah daya dorong paling besar yaitu 0.13 %. Dan dari semua percobaan dapat pula diambil kesimpulan bahwa variasi kanopi no.1 adalah kanopi yang paling kecil menimbulkan efek turbulensi karena memiliki nilai reynold number yang paling kecil dari variasi yang lainnya yaitu 1.01E+10. 5.1 Saran Beberapa saran yang dapat digunakan sebagai referensi agar pada perencanaan selanjutnya diperoleh hasil yang lebih baik antara lain: 1) Pada alat perlu adanya suatu desain khusus agar aliran udara yang dihasilkan oleh gas buang lebih terarah dan dapat dilihat karakteristik dari aliran, karena fluida yang saling berinteraksi berbeda yaitu fluida udara dan fluida cair. 2) Penggunaan selang dengan diameter lebih kecil akan lebih efektif dibandingkan dengan diameter yang lebih besar untuk menghasilkan bubble. DAFTAR PUSTAKA 1. Center for Smart Control of Turbulence National Maritime Research Institute, Japan 2. Harvald, Sv, Aa (1992), Tahanan dan Propulsi Kapal, Airlangga University Press. 3. Richard Lee Culver and Mario F. Trujillo, Measuring and modeling bubbles in ship wakes, and their effect on acoustic propagation,the Pennsylvania State University