BAB II LANDASAN TEORI
II.2 ESD (Energy Saving Devices)
II.2.3 Pendekatan
Dalam memilih ESD, tidak mudah dalam menentukan solusinya. Hal ini dikarenakan meskipun bentuk dari ESD sangat dipengaruhi oleh data spesifikasi kapal secara detail yang akan dipasang ESD. Kebanyakan pemasok menyadari hal ini dan menawarkan sebagai bagian dari kesepakatan program desain yang serius termasuk perhitungan dan pengujian model yang mana yang sesuai untuk setiap jenis perangkat.
Di bawah ini adalah pendekatan yang disarankan untuk pemilihan dan verifikasi pilihan ESD:
- Menggunakan data yang ditunjukkan oleh pemilik / pemasok - Optimalkan dengan menerapkan CFD & memeriksa kelayakan - Uji model untuk memvalidasi ESD yang dipilih
- Percobaan untuk memvalidasi
- Menggunakan data yang ditunjukkan oleh pemilik / pemasok
Penggunaan data dari pemilik adalah penting untuk menghindari kegagalan di kemudian hari. Data yang bisa diambil dalam menentukan ESD yang bisa dipilih adalah:
- Jenis dan rincian dari bentuk lambung - Kecepatan kapal dinas (Vs)
- Variasi dalam draft / trim
- Keadaan operasional yang relevan
Dalam kasus desain berkembang, jenis kapal yang normal dan aspek desain yang lebih spesifik sangat diperhitungkan. Setelah itu prinsip-prinsip pertama yang mengatur kerja dari perangkat yang digunakan untuk menilai kelayakan solusi total. Seringkali pertanyaan tentang desain ulang bentuk lambung lokal, propeller dan / atau pelengkap lain maka dapat dimasukkan.
Seperti banyak efek yang terlibat dan aliran (misalnya di buritan kapal) sangat kompleks, penilaian tidak selalu memberikan jawaban akhir, tapi bisa mengesampingkan untuk kapal tertentu atau operasi kapal.
- Optimasi dengan menerapkan CFD & cek kelayakan
Alasan untuk menerapkan CFD dan menggunakan kemampuan yang jauh lebih baik untuk secara maksimal adalah :
- Meyakinkan ESD yang diusulkan bisa menjadi penghemat energi nyata - Tuning desain ESD (dan di daerah sekitarnya, termasuk propeller) untuk
- Mempersiapkan penafsiran prediksi keuntungan efisiensi yang berasal dari model tes.
Hasil ini mengacu pada dimensi dan posisi perangkat berdasarkan perhitungan aliran lokal dan bahkan untuk orientasi dan bentuk profil angkat menghasilkan pada struts, stator, kemudi, saluran, dan lainnya, CFD juga dapat menawarkan pengetahuan terperinci ke aliran yang dihasilkan sekitar propeller, yang dapat digunakan untuk mendesain ulang propeller itu sendiri. Tentu saja, hasilnya juga bisa menjadi untuk menyingkirkan perangkat sama sekali.
- Penggunaan CFD untuk membantu pengujian model aplikasi yang lebih canggih.
Sebagaimana dibahas dalam bagian berikutnya, pengujian model merupakan hal yang masuk akal untuk dilakukan jika hasil awal yang positif. Namun, model pengujian juga menunjukkan kelemahan itu di sini, karena adanya skala efek. Kebanyakan perangkat beroperasi di sekitar buritan kapal, di mana efek skala model pengujian yang paling menonjol. Dalam beberapa contoh, hasil yang diprediksi oleh model kecil hanya setengah dari yang diungkapkan model besar, dan hanya sepertiga dari yang dicapai dalam uji coba laut dalam skala penuh. Namun berhati-hatilah, angka-angka ini dapat menjadi cara putaran lain! Sama halnya dengan fakta ini menjelaskan kebingungan pada era 1970-an akhir dalam penerapan ESD.
Program CFD dapat memecahkan masalah ini.CFD menawarkan kemampuan untuk membandingkan hasil model skala dengan hasil skala penuh dengan membuat perhitungan untuk kedua kasus. Perbandingan kemudian memberikan dukungan yang cukup untuk ekstrapolasi dari prediksi uji model dengan kondisi percobaan (lihat diagram di bawah). Fitur ini sangat penting dalam menghindari salah tafsir dan prediksi yang terlalu optimis (atau pesimis). Kedua perhitungan juga dapat menyoroti apakah pemisahan aliran terjadi, yang menghancurkan dalam kehidupan nyata serta untuk keandalan hasil uji model di ekstrapolasi.
Singkatnya, penyesuaian perangkat yang relatif kecil di sekitar buritan kapal sangat ditingkatkan oleh CFD model skala dan perhitungan skala penuh. Hal ini
bahkan lebih benar jika model pengujian pengalaman dengan perangkat yang kurang. Perhitungan CFD ini relevan untuk semua perangkat geometris.Hasil pilihan tentang aspek pelumasan rinci, yang sering fokus pada aliran lapisan batas, saat ini di luar aplikasi CFD komersial. Dalam studi konfigurasi untuk sistem pelumasan udara, bagaimanapun, CFD bisa relevan.
Gambar2.1 : Diagram CFD memecahkan masalah dalam uji skala 1:2 dan
skala penuh 1. Uji model untuk validasi
Sampai saat ini, pengujian model dalam kombinasi dengan perhitungan CFD yang diusulkan di atas adalah cara yang paling dapat diandalkan untuk menilai hasil yang diharapkan. Alasan utama untuk pengujian model hanya untuk membuktikan bahwa perangkat tersebut melakukan apa yang harus dilakukan, dan untuk membuat hasil kuantitatif yang tersedia. Pengujian tersebut dapat dengan mudah masuk dengan proses pengujian model yang normal dan dalam beberapa kasus dapat menambah rincian karakteristik propeller dan perangkat itu sendiri. Pada intinya, bahkan jika kedua CFD dan pengujian model yang tidak memberikan jawaban akhir,kedua hasilnya dapat melengkapi satu dengan yang lainnya. (Jong,2015)
2. Meningkatkan nilai propulsi
Dari yang disampaikan diatas, mulai banyak ketertarikan pada kapal untuk dipasang perangkat penghemat bahan bakar (energy saving devices atau ESD) yang diterapkan pada kapal yang dibangun baru atau kapal yang sudah berlayar untuk meningkatkan nilai efisiensi bahan bakar. Efisiensi pendorong ηD adalah rasio antara kekuatan yang efektif (daya yang diperlukan untuk menarik kapal ke depan dengan tali derek) dan daya yang diserap oleh propulsor tersebut. Efisiensi pendorong ηD dibagi menjadi efisiensi propeller, ηp, dan efisiensi lambung ηH, dengan ηH = (1-t)/(1-w). Efisiensi propeller ηp dibagi menjadi efisiensi propeller perairan terbuka ηpo dan "efisiensi relatif-pemutaran", ηR.Indeks "o" mengacu membuka-air kondisi aliran seragam.
...(2) Efisiensi putaran relatif adalah perubahan efisiensi propeller ketika berpergian dari kondisi open water di belakang kapal. Dalam kasus terjadinya distribusi radial wake (ditemukan di kapal blok tinggi), efisiensi putaran relatif mengungkapkan sejauh mana distribusi beban radial dari bilah propeller telah disesuaikan dengan distribusi wake radial (pengingat diadaptasi). Nilai ηR juga dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran hub. Untuk bentuk hub kecil biasa, gaya dorong dihasilkan oleh propeller adalah sama dengan gaya dorong yang ditransfer ke kapal oleh poros propeller. Untuk bentuk hub tebal dengan bilah propeller berangkat, peningkatan nilai propulsi dengan memberi ESD adalah menjadi solusi yang baik untuk meningkatkan kinerja propulsor sendiri, atau dari interaksi lambung-propulsor, atau keduanya. Hal ini membuat desain dan optimalisasi ESD yang cukup rumit. Dari titik propulsor terdiri dari propeller dan pendekatan ESD yang tetap baik untuk membandingkan efisiensi propulsor dengan efisiensi aktuator disc, efisiensi yang ideal ηi.
Gambar 2.2 : Efisiensi propeller dalam kaitannya dengan efisiensi disk
aktuator (ilustrasi)
Dari teori aktuator disk dasar dapat dipelajari bahwa untuk propeller yang ideal, tanpa kehilangan energi, efisiensi tertinggi (ideal) dicapai untuk gaya dorong beban serendah mungkin. Pada kenyataannya diketahui bahwa efisiensi yang dirancang propeller tunggal adalah sekitar 0,155-0,175 dibawah efisiensi ideal (ditunjukkan dengan garis putus-putus). Perbedaan ini terdiri dari daftar terkenal kehilangan energi seperti kehilangan aliran rotasi dan viskositas, pemuatan radial non distribusi optimal dan jumlah bilah propeller yang terbatas.ESD dapat mempengaruhi kehilangan energi ini dan kepentingan relatif mereka dalam desain sistem propulsor. Misalnya jika perangkat mampu mengurangi kehilangan rotasi (panah merah pada grafik di atas) energi ini kehilangan komponen menjadi kurang penting dalam optimalisasi kombinasi propeller-ESD dan karena optimasi akan lebih berkonsentrasi pada meminimalkan kehilangan aliran viskos (panah hijau pada grafik). Hal ini menjelaskan mengapa diameter optimum sistem propeller kontra-rotating adalah lebih kecil dari propeller tunggal. Oleh karena itu, meskipun memuat dorong (KT / J2) akan meningkatkan efisiensi dan mengurangi yang ideal, keuntungan efisiensi yang mungkin terjadi masih sangat besar. Tentu saja ESD membuat hambatan tambahan (tenaga efektif) dan dapat mempengaruhi interaksi dengan lambung. Namun dalam perbandingan dengan efisiensi yang ideal itu sering dibuat jelas tujuan apa yang ingin dicapai pada desain ESD tertentu.
3. Kebisingan bawah air
Selain menghemat bahan bakar, ESD juga dapat memenuhi peran yang menarik sebagai perangkat mengurangi kebisingan. Dengan mempengaruhi aliran ke propeller, ESD dapat kemungkinan besar akan dirancang sedemikian rupa sehingga variasi beban dari bilah propeller berkurang. Terkait pengurangan variasi serangan sudut memberikan peningkatan peluang untuk mengurangi kavitasi dan terkait kebisingan di bawah air. Secara khusus ia berpikir bahwa stator pra-pusaran dapat digunakan untuk menghasilkanbidang inflow yang direkayasa untuk propeller kapal. (Jong, 2015)