TUGAS AKHIR – MN141581
STUDI KASUS : ANALISA PENINGKATAN
EFISIENSI THRUST AKIBAT PENERAPAN ENERGY
SAVING
DEVICE
PADA
KAPAL
TANKER
PERTAMINA (PERSERO) 40000 LTDW DENGAN
ANSYS
FLUENT
MENGGUNAKAN
METODE
MOVING MESH
NOOR MUHAMMAD RIDHA
NRP. 4111 100 071
Dosen Pembimbing
Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D
JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
2016
Surabaya
2014
TUGAS AKHIR – MN141581
STUDI KASUS : ANALISA PENINGKATAN
EFISIENSI THRUST AKIBAT PENERAPAN ENERGY
SAVING
DEVICE
PADA
KAPAL
TANKER
PERTAMINA (PERSERO) 40000 LTDW DENGAN
ANSYS
FLUENT
MENGGUNAKAN
METODE
MOVING MESH
NOOR MUHAMMAD RIDHA
NRP. 4111 100 071
Dosen Pembimbing
Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D
JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
FINAL PROJECT – MN141581
CASE STUDY : ANALYSIS OF THRUST
EFFICENCY IMPROVEMENT AS A RESULT OF
ENERGY SAVING DEVICE INSTALLATION ON
PERTAMINA (PERSERO) 40000 LTDW TANKER
SHIPS CONDUCTED BY ANSYS FLUENT USING
MOVING MESH METHOD
NOOR MUHAMMAD RIDHA
NRP. 4111 100 071
Supervisor
Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D
DEPARTMENT OF NAVAL ARCHITECTURE & SHIPBUILDING
ENGINEERING
Faculty of Marine Technology
Sepuluh Nopember Institute of Technology
Surabaya
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI KASUS : ANALISA PENINGKATAN
EFISIENSI THRUST AKIBAT PENERAPAN ENERGY
SAVING DEVICE PADA KAPAL TANKER
PERTAMINA (PERSERO) 40000 LTDW DENGAN
ANSYS FLUENT MENGGUNAKAN METODE
MOVING MESH
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
pada
Bidang Keahlian Rekayasa Perkapalan – Hidrodinamika Program S1 Jurusan Teknik Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh:
NOOR MUHAMMAD RIDHA
NRP. 4111 100 071
Disetujui oleh Dosen Pembimbing Tugas Akhir: Dosen Pembimbing
Prof. Ir. IKAP Utama, M.Sc., Ph.D NIP. 19670406 199203 1 001
STUDI KASUS : ANALISA PENINGKATAN
EFISIENSI THRUST AKIBAT PENERAPAN ENERGY
SAVING DEVICE PADA KAPAL TANKER
PERTAMINA (PERSERO) 40000 LTDW DENGAN
ANSYS FLUENT MENGGUNAKAN METODE
MOVING MESH
TUGAS AKHIR
Telah direvisi sesuai dengan hasil Ujian Tugas Akhir Tanggal 12 Januari 2017
Bidang Keahlian Rekayasa Perkapalan – Hidrodinamika Program S1 Jurusan Teknik Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh:
NOOR MUHAMMAD RIDHA
NRP. 4111 100 071
Disetujui oleh Tim Penguji Ujian Tugas Akhir:
1. Totok Yulianto, S.T., M.T ……….
2. Dr. Ir. I Ketut Suastika, M.Sc ……….…
3. Dedi Budi Purwanto, S.T., M.T ……….…
Disetujui oleh Dosen Pembimbing Tugas Akhir:
Prof. Ir. IKAP Utama, M.Sc., Ph.D ……….
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT. karena atas karunia serta hidayah-Nya, Tugas Akhir yang berjudul ―Studi Kasus : Analisa Peningkatan Efisiensi Thrust Akibat Penerapan Energy Saving Device Pada Kapal Tanker Pertamina (Persero) 40000 LTDW Dengan Ansys Fluent Menggunakan Metode Moving Mesh‖ ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan menyelesaikan pendidikan jenjang Strata 1 (S1) di Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Allah SWT. sebagai Tuhan yang Maha Pencipta dan Maha Menghendaki; 2. Bapak Ir. Wasis Dwi Aryawan M.Sc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik
Perkapalan ITS;
3. Bapak Prof. Ir. I.K.A.P. Utama, M.Sc., Ph.D selaku dosen pembimbing penulis sekaligus dosen wali yang senantiasa memberikan pengertian, semangat, dan inspirasi bagi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini; 4. Ayahanda Mupid Hidayat, dan Ibunda Susi Susiati, serta Kakak Gina
Rachmawati dan Adik Iqbal Yanuar Ramadhan, serta Kakak Ipar Muhammad Alfian dan juga Keponakan Varisha Salsabila yang telah memberikan dukungan materil maupun moril dan doa atas penulisan Tugas Akhir ini; 5. Teman-teman Jurusan Teknik Perkapalan FTK-ITS khususnya angkatan
2011;
6. Senior kami, khususnya Garry Raditya Putra, yang telah memberikan bantuan berupa data dan informasi untuk Tugas Akhir penulis;
7. Teman-teman aktivis Gerakan Melukis Harapan, khususnya divisi Wanita Harapan yang senantiasa memberikan dorongan dan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir ini;
8. Keluarga besar DKM Al-Ikhlash 2011 atas inspirasi-inspirasi dan dukungan moril bagi penulis.
9. Nurvita Cundaningsih, yang memotivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini;
10. Raan Shalihan, yang senantiasa mengingatkan penulis untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir serta membantu penulis memperbaiki Tugas Akhir ini.
11. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu atas kesuksesan Tugas Akhir ini.
Penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, karena kesempurnaan hanya milik Allah SWT., sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan. Penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Surabaya, Januari 2017
STUDI KASUS : ANALISA PENINGKATAN EFISIENSI
THRUST AKIBAT PENERAPAN ENERGY SAVING DEVICE
PADA KAPAL TANKER PERTAMINA (PERSERO) 40000
LTDW DENGAN ANSYS FLUENT MENGGUNAKAN
METODE MOVING MESH
Nama Mahasiswa : Noor Muhammad Ridha
NRP : 4111 100 071
Jurusan / Fakultas : Teknik Perkapalan / Teknologi Kelautan Dosen Pembimbing : Prof. Ir. I.K.A.P. Utama, M.Sc., Ph.D
ABSTRAK
Energy Saving Device (ESD) merupakan alat yang berfungsi untuk
meningkatkan efisiensi gaya dorong pada kapal, sehingga energi yang dikeluarkan oleh mesin kapal tidak mengalami loss energy yang cukup berpengaruh pada konsumsi bahan bakar. Alat ini dipasang di sekitar propeller, yang tujuannya untuk mengurangi hambatan pada daerah propeller sehingga hambatan yang dialami oleh kapal dapat berkurang. PT. Pertamina (PERSERO) selaku BUMN yang bergerak di bidang minyak dan gas, membutuhkan kapal tanker yang ramah konsumsi bahan bakar. Dari kasus ini, kemudian dicari model ESD yang akan dipakai untuk kapal tanker tersebut. ESD dimodelkan menggunakan Ansys Fluent dengan menggunakan metode Moving Mesh kemudian dianalisa efisiensi dari ESD dan gaya dorong pada kapal sebelum dan setelah dipasang ESD. Dari hasil perhitungan ditemukan adanya peningkatan thrust efficiency sebesar 2.526% pada kecepatan 10 knot, 4.452% pada kecepatan 15 knot, dan 5.176% pada kecepatan 18 knot. Untuk gaya dorong ditemukan nilai 658182 N pada kecepatan 10 knot, 804881 N pada kecepatan 15 knot, dan 1182150 N pada kecepatan 18 knot dalam kondisi tanpa menggunakan ESD, Sedangkan dalam kondisi menggunakan ESD ditemukan nilai gaya dorong sebesar 668186 N pada 10 knot, 808917 N pada 15 knot, dan 1195770 N pada kecepatan 18 knot. Hal tersebut menunjukkan adanya peningkatan efisiensi thrust dan meningkatnya gaya dorong pada kondisi kapal menggunakan ESD bila dibandingkan dengan kondisi kapal tidak menggunakan ESD.
Kata kunci : Energy Saving Device, ESD, Gaya Dorong, Ansys, Fluent, Moving
CASE STUDY : ANALYSIS OF THRUST EFFICENCY
IMPROVEMENT AS A RESULT OF ENERGY SAVING DEVICE
INSTALLATION ON PERTAMINA (PERSERO) 40000 LTDW
TANKER SHIPS CONDUCTED BY ANSYS FLUENT USING
MOVING MESH METHOD
Author : Noor Muhammad Ridha ID No. : 4111 100 071
Dept. / Faculty : Naval Architecture & Shipbuilding Engineering / Marine
Technology
Supervisor : Prof. Ir. I.K.A.P. Utama, M.Sc., Ph.D.
ABSTRACT
Energy Saving Device (ESD) is a device that serves to increase thrust efficiency of the ship. The function of the device is to reduce the energy loss whichaffect the fuel consumption. This device is placed around the propeller, which aim to reduce resistance in the area so that the resistance experienced by the vessel can be reduced. PT. Pertamina (Persero) as the companies involved in the field of oil and gas, requiring an environmentally friendly tankers in a term of fuel consumption. From the case, we searched the ESD models that will be installed for the tanker. Then we conduct the analysis by Ansys Fluent using Moving Mesh Method. From the analysis we got the results. There is an improvement of thrust efficiency around 2.526% at a speed of 10 knot, 4.452% at a speed of 15 knot, and 5.176% at a speed of 18 knot when the ESD installed on the vessel. The results of thrust measurement are 658182 N at a speed of 10 knot, 804881 N at a speed of15 knot, and 1182150 N at a speed of18 knot without ESD installed. Compared to 668186 N at a speed of 10 knot, 808917 N at a speed of15 knot,and 1195770 N at a speed of18 knot when ESD installed. It indicate that there is an improvement of thrust efficieny and thrust when ESD installed compared to when the ESD is not installed.
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... v
KATA PENGANTAR ... vii
ABSTRAK ... ix
ABSTRACT ... xi
DAFTAR ISI ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
DAFTAR SIMBOL ... xix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
I.1 Latar Belakang ... 1
I.2 Perumusan Masalah ... 2
I.3 Tujuan ... 2
I.4 Hipotesis ... 3
I.5 Manfaat ... 3
I.6 Batasan Masalah ... 3
I.7 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 7
II.1 Mekanika Fluida ... 7
II.1.1 Tinjauan Singkat Sejarah (Bidang Mekanika Fluida) ... 8
II.1.2Ukuran-ukuran Massa dan Berat Fluida ... 12
II.2 ESD (Energy Saving Devices) ... 13
II.2.1Hal Terkini ... 14
II.2.2Di Dunia yang Ideal ... 15
II.2.3Pendekatan ... 16
II.2.4Aplikasi Praktis ... 22
II.3 Energy Losses ... 38
II.4 Computational Fluid Dynamics (CFD) ... 45
II.4.1 Persamaan Dinamika Fluida dalam CFD ... 45
II.4.2 Teori Dinamika Fluida ... 46
II.4.3 Kemampuan CFD versus Metode Eksperimental... 50
II.5 Becker Mewis Duct ... 53
II.5.1Pengembangan Dari Duct Untuk Sirip ... 54
II.5.2Studi Kasus - Kapal 7100 TEU ... 55
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 57
III.1 Langkah-langkah Pengerjaan Tugas Akhir ... 57
III.1.1 Studi Literatur ... 57
III.1.2 Pengumpulan Data ... 58
III.1.3 Penentuan Parameter, Rumus dan Batasan ... 58
III.1.4 Perhitungan Teknis Efisiensi dari ESD ... 59
BAB IV ANALISA TEKNIS... 63
IV.1 Data Kapal & Model Uji ... 63
IV.2 Perhitungan Hambatan ... 65
IV.3 Membuat Permodelan Melalui Ansys Workbench ... 68
IV.4 Running dengan ANSYS Fluent ... 75
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN ... 85
V.1 Kesimpulan ... 85
V.2 Saran ... 86
DAFTAR PUSTAKA ... 87
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram CFD memecahkan masalah dalam uji skala 1:2 dan skala
penuh ... 19
Gambar 2.2 Efisiensi propeller dalam kaitannya dengan efisiensi disk aktuator ... 21
Gambar 2.3 Model dari saluran pemerataan wake (Schneekluth) ... 25
Gambar 2.4 Saluran terowongan buritan sebagian ... 26
Gambar 2.5 Stator pada kapal container ... 28
Gambar 2.6 Becker Mewis Duct dan Becker Twisted Fins ... 30
Gambar 2.7 Kemudi dengan pinggiran twisting leading pada kapal kontainer ... 32
Gambar 2.8 Sirip dorong HHI ... 33
Gambar 2.9 SHI Port-stator... 34
Gambar 2.10 Kemudi efisiensi tinggi Wartsila ... 34
Gambar 2.11 Propeller kontra rotasi ... 38
Gambar 2.12 Kurva kehilangan efisiensi pada propeller ... 40
Gambar 2.13 Tabung aliran untuk menurunkan koefisien energi ... 41
Gambar 2.14 Aplikasi Becker Twisted Fins ... 53
Gambar 2.15 Uji model propeller dan Becker Twisted Fins ... 54
Gambar 2.16 Hubungan antara koefisien Thrust dengan kenaikan tenaga dari Becker Twisted Fins ... 55
Gambar 2.17 Aplikasi Becker Twisted Fins pada kapal kontainer milik Hamburg Sud ... 56
Gambar 3.1 Diagram Metodologi Penelitian ... 61
Gambar 4.1 Perbandingan non-dimensional antara kecepatan kapal dengan wave added mass ... 65
Gambar 4.2 Perbandingan antara Koefisien Thrust dengan peningkatan power pada ESD beserta indikator hasil CTh... 67
Gambar 4.3 Hasil redrawing linesplan dengan Autodesk AutoCAD ... 68
Gambar 4.4 Ekspor file AutoCAD menjadi file ekstensi .iges ... 69
Gambar 4.5 Model propeler yang dibuat dengan software Hydrocomp PropCAD 2005 ... 69
Gambar 4.6 Model ESD yang dicek surface nya dengan software SolidWorks 2015 SP 3 ... 70
Gambar 4.7 Membuat Project Ansys Fluent Melalui Ansys Workbench ... 71
Gambar 4.8 Model yang Telah Diimport dan Disusun ... 71
Gambar 4.9 Pembuatan enclosure sebagai domain ... 72
Gambar 4.10 Geometri kapal yang telah selesai melalui proses meshing ... 74
Gambar 4.11 Solver Ansys Fluent ... 74
Gambar 4.12 Setting Ansys Fluent ... 75
Gambar 4.13 Tampilan menu untuk pengaturan Moving Mesh pada ANSYS Fluent ... 75
Gambar 4.14 Pilihan dalam Run Calculation pada Ansys Fluent ... 76
Gambar 4.15 Proses iterasi dari permodelan dengan ANSYS Fluent ... 77
Gambar 4.18 Hasil perhitungan gaya tekan di propeler dari ANSYS Post ... 80 Gambar 4.19 Plot grafik klaim Becker (merah) dan persentase dari CFX (biru) dan
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komparasi perangkat pemerataan Wake dan Perangkat pengurangan
Pemisahan Aliran ... 24
Tabel 2.2 Komparasi perangkat pra pusaran (pre-swirl) ... 26
Tabel 2.3 Komparasi perangkat pasca pusaran (post-swirl) ... 31
Tabel 2.4 Komparasi Baling-baling efisiensi tinggi ... 35
Tabel 4.1 Data Kapal & Model Tanker Pertamina (PERSERO) 40000 LTDW ... 63
Tabel 4.2 Data Propeller Kapal Tanker Pertamina (PERSERO) 40000 LTDW ... 64
Tabel 4.3 Rekapitulasi Hambatan Kapal Tanker Pertamina (PERSERO) 40000 LTDW ... 66
Tabel 4.4 Rekapitulasi Koefisien Propulsi Kapal Tanker Pertamina (PERSERO) 40000 LTDW ... 67
Tabel 4.5 Opsi yang dipilih pada detail sizing pada pilihan mesh ... 73
Tabel 4.6 Data spesifikasi komputer dan proses iterasi yang dilakukan... 77
Tabel 4.7 Data mesin induk dan kondisi rpm pada Kapal Tanker Pertamina (PERSERO) 40000 LTDW ... 78
Tabel 4.8 Hasil gaya tekan propeler pada semua kondisi uji dengan function calculator ANSYS Post ... 80
Tabel 4.9 Presentase efisiensi ESD berdasarkan klaim Becker™ ... 81
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Gaya Tekan di Depan Propeller dan Thrust di Belakang Propeller ... 82
DAFTAR SIMBOL
L = Panjang kapal (m) Loa = Length overall (m) Lpp = Length perperdicular (m) Lwl = Length of waterline (m) B = Lebar Kapal(m)
T = Sarat kapal (m)
H = Tinggi lambung kapal (m) Vs = Kecepatan dinas kapal (knot) Fn = Froude number
Cb = Koefisien blok Cp = Koefisien prismatik Cm = Koefisien midship
LCB = Panjang koefisien blok (m)
ρ = Massa jenis (kg/m3) g = Percepatan gravitasi (m/s2) ∇ = Displacement kapal (ton) = Volume displacement (m3) Z = Jumlah daun propeler Th = Thrust(KN)
Va = Speed of advance(m/s) LWT = Light weight tonnage (ton) DWT = Dead weight tonnage (ton) RT = Hambatan total kapal (N)
WSA = Luasan permukaan basah (m2) A0 = Propeler disc area (m2)
β = Faktor interferensi hambatan gesek τ = Faktor interferensi hambatan gelombang CW = Koefisien hambatan gelombang
CF = Koefisien hambatan gesek
CT = Koefisien hambatan total
CTh = Koefisien gaya dorong
η = Koefisien dari efisiensi EHP = Effective horse power (hp) SHP = Shaft horse power (hp) DHP = Delivered horse power (hp) BHP = Brake horse power (hp)
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Kapal tanker dikenal dengan kapal yang memiliki ukuran cukup besar. Hal ini terjadi karena dengan adanya aturan MARPOL 73/78 Part A Regulation 19 yang mengatur ruang muat kargo pada kapal tanker yang dibangun setelah 6 Juli 1996, dimana harus ditambahkan double hull secara tak langsung mempengaruhi ukuran kapal tanker yang dibangun (Lewis, 1980). Pertamina (PERSERO) selaku BUMN di bidang minyak dan gas, gencar membangun kapal tanker baru untuk meregenerasi kapal tanker yang banyak dibangun pada era 1980an. Tentunya sebagai owner, Pertamina (PERSERO) menginginkan kapal yang dibangun harus efisien dari bahan bakar kapal yang dikeluarkan. Salah satu cara untuk menekan bahan bakar kapal adalah menggunakan Energy Saving Devices (ESD). (Pertamina, 2015)
ESD adalah alat pelindung propeller yang berfungsi mengurangi hambatan gesek pada badan kapal sehingga bahan bakar yang dikeluarkan mesin akan efisien. Teknologi ESD ini mulai dikenal pada awal pertengahan abad 20 dan populer pada akhir tahun 1970-an dan awal tahun 1980-an saat terjadinya krisis minyak di dunia (Jong, 2015). Banyak desain alat ini yang berkembang dan sebagian besar diantaranya tidak cocok untuk digunakan pada kapal saat awal inovasi ini muncul.Dengan beberapa alat ini yang tidak diterima di kapal, tentu ada alasan yang membuat alat ini tidak dipakai di kapal. Diantaranya, karena masih adanya kegagalan konstruksi pada ESD, adanya cacat pada pembuatan ESD hingga terbatasnya desain ESD yang tak memungkinkan dipasang di kapal ukuran tertentu. Namun seiring berjalannya waktu, pengembangan ESD ini dapat diterima di hampir semua jenis kapal (Holtrop, 1982). Aplikasi ESD ini dapat menekan kerugian yang timbul dari desain stern kapal yang dibangun. Diantaranya mengurangi hambatan gesek pada aliran yang mengalir di propeller dan badan
kapal dan mengurangi kehilangan gaya dorong propeller atau propeller loss. (Schneekluth, 1998)
Di Indonesia, baru beberapa kapal yang menerapkan aplikasi ESD ini. Salah satunya adalah PT. Pertamina (PERSERO) dengan kapal tanker 40000 LTDW nya. Dengan adanya inovasi di bidang perkapalan ini, PT.Pertamina (PERSERO) tak ingin tertinggal dalam menerapkan inovasi ini agar kapal milik mereka bisa efisien dari tenaga mesin yang tak terlalu besar namun gaya dorong yang dihasilkan mesin bisa memutar propeller agar kapal bisa berjalan. (Pertamina, 2015)
Berdasarkan penelitian terdahulu, kapal yang menggunakan aplikasi ESD dapat menghasilkan efisiensi hingga 7% pada kapal tertentu. Hal ini tentu dapat dilakukan juga pada kapal tanker Pertamina, yang ingin menghasilkan efisiensi yang cukup besar nilainya. Sehingga energi yang terbuang dari thrust, bisa digunakan kembali sebagai energi kapalnya. (Leksono, 2014)
I.2 Perumusan Masalah
Sehubungan dengan latar belakang tersebut di atas permasalahan yang akan dikaji dalam Tugas Akhir ini adalah:
1. Sudahkah Efektif desain ESD yang digunakan kapal tanker 40000 LTDW milik PT.Pertamina (PERSERO) ini?
2. Berapa besar efisiensi energi yang dihasilkan oleh ESD yang dipilih untuk kapal ini?
I.3 Tujuan
Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Membuktikan keefektifan ESD yang dipakai pada kapal tanker Pertamina 40000 LTDW
2. Mengetahui efisiensi thrust yang dihasilkan ESD yang dipilih untuk tanker Pertamina 40000 LTDW Dengan menggunakan Ansys Fluent
I.4 Hipotesis
Jika Tugas Akhir ini dilakukan maka akan didapatkan nilai thrust dari sistem propulsi yang digunakan pada kapal tanker 40000 LTDW milik PT.Pertamina (PERSERO) dan bisa mengetahui besarnya efisiensi dari pemasangan ESD.
I.5 Manfaat
Dari Tugas Akhir ini, diharapkan akan memberikan manfaat untuk berbagai pihak yang akan didapat oleh pembaca, yang diantaranya :
1. Memberikan wawasan akan adanya peraturan IMO mengenai kapal ramah lingkungan, yang salah satu metodenya adalah penambahan perangkat ESD; 2. Memberikan perbandingan hasil analisa antara analisis dengan menggunakan
CFX bila dibandingkan dengan analisis dengan menggunakan Fluent.
3. Sebagai referensi bagi pengembangan penelitian lebih lanjut yang serupa dengan Tugas Akhir penulis.
I.6 Batasan Masalah
Mengingat waktu penyusunan Tugas Akhir ini yang cukup singkat. Maka diperlukan batasan-batasan masalah agar proses penulisan lebih terarah. Adapun batasan masalah tersebut sebagai berikut:
1. Data kapal, data ESD dan data propeler diberikan oleh PT. Pertamina (PERSERO) Perkapalan;
2. Bersifat kajian thrust, sehingga tidak mencari hambatan kapal dengan ESD; 3. Dilakukan dalam dua keadaan : dengan ESD dan tanpa ESD. Serta hanya
dalam keadaan putaran mesin normal (Service RPM). Model propeler diuji dalam keadaan bergerak (moving mesh)
4. Analisa menggunakan Ansys Fluent
I.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan yang disusun untuk pengerjaan Tugas Akhir studi kasus ini adalah, sebagai berikut :
LEMBAR JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR GRAFIK DAFTAR SIMBOL BAB I PENDAHULUAN
Pada bab pendahuluan yang dibahas adalah mengenai gambaran umum serta konsep dasar dari Tugas Akhir ini. Bab ini berisi latar belakang masalah, perumusan masalah, maksud dan tujuan dari Tugas Akhir, manfaat Tugas Akhir bagi penulis dan pembaca, hipotesis awal Tugas Akhir, batasan masalah yang ditentukan oleh penulis, serta sistematika penulisan Tugas Akhir ini.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab landasan teori ini membahas mengenai referensi yang mendukung dalam proses analisis dan penyelesaian masalah pada pengerjaan Tugas Akhir. BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini dijelaskan mengenai metode-metode yang digunakan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini serta urutan kerja dan langkah pengerjaan yang dibuat dalam bentuk flow chart atau diagram alir untuk menyelesaikan Tugas Akhir aplikasi ESD untuk tanker Pertamina (PERSERO) ini.
BAB IV ANALISA TEKNIS
Pada bab ini dibahas mengenai analisadari desain ESD yang akan dipakai oleh tanker Pertamina dihitung menggunakan software Ansys Fluent.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam bab ini akan diberikan kesimpulan-kesimpulan yang didapat dari analisis di atas, dimana kesimpulan-kesimpulan tersebut menjawab permasalahan yang ada dalam Tugas Akhir ini.
Bab ini juga berisi saran-saran penulis sebagai tindak lanjut dari permasalahan yang dibahas serta untuk pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini.
BAB II
LANDASAN TEORI
II.1 Mekanika Fluida
Mekanika fluida adalah disiplin ilmu bagian dari bidang mekanika terapan yang mengkaji perilaku dari zat cair maupun gas dalam keadaan diam atau bergerak.Bidang mekanika ini mencakup variasi persoalan dalam kehidupan sehari hari,mulai dari kajian mengenai aliran darah di dalam tubuh melalui saluran kapiler (yang memiliki diameter beberapa mikron) hingga kajian mengenai aliran minyak mentah yang melewati Alaska melalui pipa berdiameter 4 ft sepanjang 800 mil. (Munson, 2002)
Pengamatan lebih mendalam mengenai struktur molekul dari material mengungkapkan bahwa zat yang biasanya kita anggap sebagai benda padat (baja, kayu, dan lain lain) memiliki jarak antar molekul yang rapat dengan gaya kohesi antar molekul yang besar yang memungkinkan sebuah benda padat mempertahankan bentuknya dan tidak mudah untuk dideformasi. Namun, untuk zat yang biasanya kita anggap sebagai cairan (air, minyak dan lain-lain) molekul molekulnya agak terpisah, gaya antar molekulnya lebih lemah daripada benda padat dan molekul molekul tersebut mempunyai pergerakan yang lebih bebas. Jadi, zat cair dapat dengan mudah dideformasi (tetapi tidak mudah dimampatkan) dan dapat dituangkan ke dalam bejana atau dipaksa melalui sebuah tabung. Gas-gas (udara, oksigen dan lain-lain) memiliki jarak antar molekul yang lebih besar dan gerakan yang lebih bebas dengan gaya antar molekul yang dapat diabaikan, sehingga gas sangat mudah dideformasi (dan dimampatkan) dan akan mengisi secara penuh volume suatu bejana dimana gas tersebut ditempatkan.
Meskipun perbedaan antara benda padat dan fluida dapat dijelaskan secara kualitatif berdasarkan struktur molekulnya, pembedaan yang lebih spesifik didasarkan pada bagaimana zat tersebut berdeformasi di bawah suatu beban luar yang bekerja. Secara khusus, fluida didefinisikan sebagai zat yang berdeformasi
satuan luas) geser terbentuk apabila sebuah gaya tangensial bekerja pada sebuah permukaan. Apbila benda padat biasa seperti baja, kayu dikenakan sebuah tegangan geser, mula-mula benda akan berdeformasi (biasanya sangat kecil), tetapi tidak akan terus berdeformasi (mengalir).
II.1.1 Tinjauan Singkat Sejarah (Bidang Mekanika Fluida)
Sebelum kita melanjutkan kajian mekanika fluida, kita akan beralih sejenak untuk meninjau sejarah dari ilmu teknik yang penting ini. Seperti juga pada seluruh disiplin teknik dan ilmu pengetahuan yang lain, awal mula sebenarnya dari kajian bidang-bidang tersebut hanya sedikit yang diketahui dari zaman purbakala. Tetapi, kita mengetahui bahwa ketertarikan dalam perilaku fluida berawal dari peradaban kuno. Karena kebutuhan, timbul pemikiran praktis mengenai bagaimana tombak dan panah dapat diluncurkan melalui udara, dalam pengembangan pasokan air dan sistem irigasi dan dalam merancang perahu dan kapal. Perkembangan-perkembangan ini tentu saja berdasarkan prosedur coba-coba (trial and error) tanpa adanya pengetahuan matematika dan mekanika.Namun, akumulasi dari pengetahuan empiris tersebutlah yang kemudian membentuk dasar-dasar bagi perkembangan lebih lanjut selama mulainya peradaban Yunani kuno dan dilanjutkan dengan kebangkitan kekaisaran Romawi. Beberapa tulisan awal yang memberi sumbangan pada mekanika fluida modern antara lain tulisan Archimedes (287-212 SM), seorang ahli matematika dan penemu Yunani yang pertama kali mengungkapkan prinsip-prinsip hidrostatika dan gejala keterapungan. Sistem pasokan air yang rumit dibangun oleh bangsa Romawi selama periode abad keempat sebelum masehi sampai awal periode Kristen, dan Sextus Julius Frontinus (40 – 103), seorang insinyur Romawi, menggambarkan sistem tersebut secara terperinci. Namun dalam waktu 1000 tahun kemudian selama Era Pertengahan (dikenal juga dengan Era Kegelapan), tampaknya hanya ada sedikit tambahan terhadap pemahaman lebih lanjut dari perilaku fluida.
Berawal pada zaman pencerahan (Renaissance periode) sekitar abad kelima belas, dimulailah suatu kontribusi yang agak berkelanjutan yang membentuk dasar – dasar dari apa yang kita anggap sebagai ilmu pengetahuan mekanika fluida. Leonardo da Vinci (1452 – 1519) menggambarkan melalui sketsa-sketsa dan tulisan berbagai jenis fenomena aliran. Karya Galileo Galilei (1564-1642) menandai dimulainya mekanika eksperimental. Melanjutkan awal periode Pencerahan dan selama abad ketuiuh belas dan delapan belas, banyak sumbangan penting dibuat. Sumbangan-sumbangan ini mencakup pencapaian – pencapaian teoritis dan matematis yang dapat dikaitkan dengan nama-nama terkenal seperti Newton, Bernoulli, Euler, dan d'Alembert. Aspek-aspek eksperimental dari mekanika fluida juga mengalami kemajuan selama periode ini, namun sayang sekali, dua pendekatan yang berbeda secara teoritis dan eksperimental, berkembang melalui jalan terpisah. Hidrodinamika adalah istilah yang dikaitkan dengan kajian teoritis atau matematis dari perilaku fluida yang diidealisasi dan tanpa gesekan, sementara istilah hidrolika digunakan untuk menggambarkan aspek terapan atau eksperimental dari perilaku fluida nyata, khususnya perilaku air. (Munson, 2002) Kontribusi dan perbaikan lebih lanjut baik pada hidrodinamika teoritis maupun hidrolika eksperimental dilakukan selama abad kesembilan belas, dimana persamaan – persamaan diferensial umum untuk menggambarkan gerakan fluida yang digunakan dalam mekanika fluida modern dikembangkan selama masa ini. Hidrolika eksperimental menjadi lebih dianggap sebagai suatu kajian ilmiah, dan banyak hasil-hasil eksperimen yang dilakukan selama abad kesembilan belas masih digunakan sampai saat ini.
Pada awal abad kedua puluh, bidang hidrodinamika teoritis dan hidrolika eksperimental sudah sangat berkembang, dan dilakukan upaya-upaya untuk menyatukan keduanya. Pada tahun 1904,sebuah makalah klasik disampaikan oleh seorang Profesor Jerman, Ludwig Prandtl (1857-1953), yang memperkenalkan konsep ―lapisan batas fluida (fluid boundary layer)‖ yang meletakkan dasar-dasar bagi penyatuan aspek teoritis dan eksperimental dari mekanika fluida. Gagasan Prandtl adalah bahwa untuk aliran di dekat benda padat, terbentuk sebuah lapisan
Iapisan ini, fluida berperilaku lebih banyak menyerupai fluida tanpa gesekan. Konsep yang relatif sederhana ini memberi dorongan pada penyelesaian konflik antara ahli hidrodinamika dan ahli hidrolik. Prandtl secara umum diterima sebagai pendiri mekanika fluida modern.
Selama dekade pertama abad kedua puluh, pesawat terbang pertama telah berhasil didemonstrasikan dan kemudian diikuti oleh peningkatan perhatian yang sangat besar pada aerodinamika. Karena rancangan pesawat terbang membutuhkan suatu tingkat pemahaman aliran fluida dan kemampuan melakukan prediksi yang akurat mengenai pengaruh aliran udara pada sebuah benda, bidang aerodinamika memberikan rangsangan yang sangat besar bagi perkembangan yang sangat cepat di bidang mekanika fluida yang berlangsung selama abad kedua puluh.
Daftar kronologis dari beberapa pemberi sumbangan terhadap ilmu mekanika fluida:
1. Archimedes (287-212 SM)
Menetapkan prinsip-prinsip dasar gaya apung dan peristiwa mengapung; 2. Leonardo da Vinci (1452 – 1519)
Mengungkapkan prinsip-prinsip dasar kontinuitas, mengamati dan membuat sketsa banyak fenomena aliran dasar, memberi rancangan mesin-mesin hidrolik;
3. Galileo Galilei (1564-1642)
Secara tidak langsung merangsang hidrolika eksperimental; merevisi konsep vakum Aristoteles;
4. Blaise Pascal (1623-1662)
Memberi penjelasan akhir prinsip-prinsip barometer, mesin tekan hidrolik, dan kemampuan pentransmisian tekanan.
5. Newton (1642-1727)
Meneliti berbagai aspek hambatan viskos, dan gelombang. Menemukan kontraksi jet.
6. Daniel Bernoulli (1700-1782)
Melakukan eksperimen dan menulis mengenai banyak aspek dari gerakan fluida, mempopulerkan istilah "hidrodinamik", membuat teknik menometri dan mengadaptasi prinsip energi dasar untuk menjelaskan indikasi kecepatan head, mengusulkan masalah propulsi jet.
7. Leonhar Euler (1707-1783)
Pertama kali menjelaskan peranan tekanan dalam aliran fluida; merumuskan persamaan-persamaan dasar gerak dan apa yang disebut teorema Bernouli; memperkenalkan kavitasi dan prinsip-prinsip mesin sentrifugal.
8. Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen (1979-1884)
Melakukan kajian awal hambatan di dalam dan transisi antara aliran laminar dan turbulen.
9. William Froude (1810-1879)
Mengembangkan banyak teknik towing tank, khususnya konversi hambatan gelombang dan lapisan batas dari skala model ke prototipe.
10. George Gabriel Stokes (1819-1903)
Menurunkan secara analitik berbagai hubungan dalam aliran mulai dari mekanika gelombang sampai hambatan viskos, khususnya yang berkaitan dengan benda bulat.
11. Osborne Reynolds (1842-1912)
Menggambarkan eksperimen orisinil di berbagai bidang kavitasi, keserupaan model sungai, hambatan pipa dan memberikan dua parameter untuk aliran viskos; mengadaptasi persamaan gerak dari fluida viskos pada kondisi rata-rata aliran turbulen.
12. Ludwig Prandtl (1857-1953)
Memperkenalkan konsep lapisan batas dan secara umum dianggap sebagai Bapak mekanika fluida saat ini.
II.1.2 Ukuran-ukuran Massa dan Berat Fluida
1. Kerapatan (density)
Kerapatan sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (rho), didefinisikan sebagai massa fluida per satuan volume. Kerapatan biasanya digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida. Dalam sistem BG (British Gravitational), ρ mempunyai satuan slugs/ft3 dan dalam satuan Sl adalah kg/m3.
Nilai kerapatan dapat bervariasi cukup besar di antara fluida yang berbeda, namun untuk zat cair variasi tekanan dan temperatur umumnya hanya memberikan pengaruh kecil terhadap nilai ρ.
2. Berat jenis
Berat jenis dari sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani γ (gamma), didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume. Berat jenis berhubungan dengan kerapatan melalui persamaan:
γ = ρ x g ... (1) dimana g adalah percepatan gravitasi lokal. Seperti halnya kerapatan yang digunakan untuk mengkarakteristikkan sebuah sistem fluida, berat jenis digunakan untuk mengkarakteristikkan berat dari sistem tersebut. Dalam sistem BG, γ mempunyai satuan lb/ft3 dan dalam satuan Sl adalah N/m3.
3. Gravitasi Jenis
Gravitasi jenis sebuah fluida, dilambangkan sebagai SG, didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan fluida tersebut dengan kerapatan air pada sebuah temperatur tertentu.Biasanya temperatur tersebut adalah 40C (39,20F) dan pada temperatur ini kerapatan air adalah 1,94 slugs/ft3 atau1000 kg/m3.
II.2 ESD (Energy Saving Devices)
ESD atau Energy Saving Devices adalah alat yang memiliki fungsi untuk menghemat energi dari bagian propulsi kapal dengan mengurangi kehilangan akibat tahanan gesek di propeller dan badan kapal. Alat ini merupakan inovasi di bidang perkapalan pada era akhir 1970-an hingga awal 1980-an saat terjadinya krisis minyak dunia. Kapal tanker yang memiliki desain yang besar dapat menghemat energi mesin dari hambatan yang dialami di bagian stern,sehingga mesin kapal yang dipasang tak perlu menggunakan daya yang besar namun dapat menghasilkan gaya dorong pada kapal. Pada mulanya, banyak desain ESD yang dihasilkan oleh insinyur perkapalan yang mengemuka. Namun hasilnya banyak yang ditolak untuk dipakai di kapal tanker. Ada alasan mengapa desain mereka awalnya ditolak. (Jong, 2015)
Setidaknya ada empat aspek teknis yang berkontribusi atas ditolaknya ESD kala itu:
- Kegagalan struktural. Getaran yang tak terduga menyebabkan kelelahan berlebihan pada banyak perangkat yang lebih besar seperti duct, spoiler, velg rim atau propeller, yang menyebabkan kegagalan struktur dari sistem propulsi. (Tentu saja, getaran itu sendiri juga merupakan hal yang tak diinginkan oleh pemilik kapal.)
- Kurangnya akurasi dalam kemampuan pengukuran skala penuh. Secara historis, karena kurangnya pengukuran sistem atau produk dari ESD yang transparan dan akurat kala itu, potensi penghemetan energi yang dihasilkan dari perangkat tidak dapat diverifikasi dalam uji coba kapal. Tanpa bukti kelayakan, yang bisa membuat kerugian materi oleh pemilik kapal, maka hal ini dihindari oleh pemilik kapal.
- Kurangnya transparansi penghematan energi dalam kondisi operasional yang sebenarnya. Kapal berlayar dalam kondisi yang ideal diasumsikan selama perhitungan ESD. Pada kenyataannya, perbedaan terjadi pada kecepatan yang sebenarnya, rancangan (trim), kedalaman air, kecepatan angin dan kondisi gelombang yang umumnya tak diketahui.
- Terbatasnya wawasan prinsip detail kerja dari perangkat dan karena kurangnya kemampuan desain pada kapal tertentu. Kita harus memahami dunia sebelum mencoba untuk memperbaikinya! Hal ini terutama berlaku untuk aliran kompleks sekitar kapal, yang meningkatkan kompleksitas bagian yang paling penting yaitu interaksi di buritan kapal antara kapal, perangkat dan sistem propulsi.
- Dan hal lain yang terpenting, meskipun alasan ini tak rasional dari sudut ilmiah, adalah kurangnya akuntabilitas kepemilikan. Sifat yang sangat dinamis di industri pelayaran berarti kepemilikan, penggunaan dan pengoperasian baja (kapal) dibagi sedemikian rupa sehingga efisiensi bahan bakar adalah tanggung jawab bersama, dalam hal ini pemilik kapal dan pemerintah. (Jong, 2015)
II.2.1 Hal Terkini
Dalam beberapa tahun terakhir kemampuan untuk visualisasi dan, karenanya, interpretasi dari kekuatan fisik yang mempengaruhi tahanan kapal telah meningkat secara signifikan. Alat-alat baru, seperti Computational Fluid Dynamics (CFD), yang menghitung aliran rinci sekitar kapal, cara cepat dan mudah potensi pengurangan hambatan dan / atau peningkatan efisiensi thrust. Pada saat yang sama, sistem pengukuran on-board dan pemantauan sekarang menghasilkan data berlebihan mengenai peristiwa di laut dan kinerja kapal, sehingga berkontribusi untuk pengetahuan tentang profil operasional kapal.Profil operasional merupakan parameter penting dalam pengambilan keputusan di sekitar ESD ini.Baru-baru ini, prosedur baru telah disepakati, visualisasi alat dan metode untuk kinerja uji pengukuran, dalam rangka untuk menghilangkan kesewenang-wenangan. Akhirnya, teknik Analisis Elemen dikombinasikan dengan disepakati kavitasi diterima di propeller, memungkinkan peningkatan perhitungan kekuatan dan kekakuan dari perangkat yang diusulkan. (Jong, 2015)
II.2.2 Di Dunia yang Ideal
Aplikasi Energy saving devices (ESD) dapat memulihkan kerugian desain asli saat di retrofit atau saat di bangunan baru. Kerugian utamaya adalah:
1. Timbulnya gelombang di tekanan puncak di sepanjang lambung, biasanya sekitar bow, haluan, aft shoulder dan buritan.
2. Timbulnya aliran (kehilangan energi kinetik) karena gesekan lambung dan propeller.
3. Kerugian propulsi karena propeller, dan generasi air yang mengalir (kehilangan energi kinetik).
Catatan 1. Desain bulbous bow dengan tuning lebih lanjut dari tekanan puncak lain dengan perubahan posisi bahu biasanya merupakan bagian dari keseluruhan desain bentuk lambung. Gelombang transversal dengan energi tinggi yang dihasilkan di buritan lebih sulit untuk dikeluarkan. Hal ini di sini bahwa beberapa solusi fokus, dengan mengurangi perubahan tekanan tajam di daerah itu.
Catatan 2. Banyak langkah-langkah bertujuan menghindari gesekan melalui pelumas, baik melalui udara atau cat khusus atau perawatan lambung / permukaan lainnya.Kategori kedua dari langkah-langkah menggunakan aliran yang dihasilkan belakang kapal untuk mendapatkan kembali sebagian energi kinetik, baik secara langsung maupun tidak langsung, melalui peningkatan bidang tekanan dan / atau hamparan aliran (wake) di belakang kapal. Yang terakhir ini kemudian akan meningkatkan efisiensi propeller.
Catatan 3. Propeller adalah perangkat yang paling rumit dalam sistem kapal. Efisiensi maksimum propeller memiliki keterbatasan fisik diberikan prinsip kerjanya. Perangkat dapat mengkondisikan arus aliran masuk ke dalam propeller dan meningkatkan kerja propeller itu sendiri. Lainnya langsung meningkatkan efisiensi atau mengoptimalkan ke perangkat kerja yang lebih luas. Perangkat tetap (pra atau pasca-pusaran stator) diletakkan di belakang atau di depan propeller untuk memulihkan / menyeimbangkan beberapa aliran
Bentuk lambung yang ideal, yang tidak akan mengangkut banyak barang, akan ke tingkat tertentu menghindari kerugian di atas. Tapi desain kapal sangat kompleks. Kapal bermuatan penuh (dengan koefisien blok tinggi) membawa lebih kargo tetapi menciptakan hambatan yang tinggi dan karakteristik penggerak yang kemungkinan buruk. Jendela di atas pintu perendaman sering dibutuhkan untuk mencukupi (tentu saja) stabilitas tetapi secara signifikan dapat meningkatkan ketahanan kapal. Secara umum dapat dikatakan bahwa desain yang lebih baik, maka semakin sedikit retrofit yang diperlukan untuk perbaikan beberapa solusi desain kompleks. Ini juga menjelaskan mengapa tidak ada keuntungan yang pasti bisa diklaim tetapi hanya perkiraan karena mereka dapat berbeda secara substansial (termasuk non-kinerja) dari kapal ke kapal.
Kapal yang ideal akan dijalankan pada perdagangan tetap, sehingga desainer akan mengetahui profil operasional yang tepat dalam hal kecepatan kapal, rancangan kapal dan keadaan operasional. Hal ini akan memungkinkan titik pencocokan kondisi desain ini. Dalam kehidupan nyata, data ini bisa beragam dan sulit untuk disaring menjadi profil yang jelas untuk digunakan dalam proses desain awal dan untuk retrofit. Dalam kasus tertentu retrofit bisa dilarang karena operasi tertentu: misalnya pelayaran di daerah pelayaran es atau di negara-negara yang memiliki laut yang ekstrim. (Jong, 2015)
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)
II.2.4 Aplikasi Praktis
Banyak perangkat yang dapat digunakan yang bekerja sebagai penghemat energy desain kapal suboptimal, atau untuk memperbaiki desain standar sudah optimal atau hampir optimal dengan memanfaatkan fenomena fisik biasanya dianggap sebagai hal sekunder dalam proses desain normal, atau belum sepenuhnya dipahami. Bagian ini mengeksplorasi berbagai perangkat ini, sebagian besar yang secara historis berkonsentrasi pada peningkatan efektivitas baling-baling propulsi. Namun, perkembangan terakhir telah menyebabkan serangkaian perangkat yang bertujuan baik mengurangi tahanan gesek lambung atau mengeksploitasi sumber daya alam yang tersedia, seperti energi sinar matahari dan angin. Beberapa perangkat ini juga diperiksa di bagian ini. Isi bagian ini adalah sebagai berikut:
1. Propulsion Improving Devices (PIDs)
- Wake Equalizing dan Perangkat Pengurangan Pemisahan Aliran. - Perangkat Pra-swirl
- Perangkat Post-swirl - Propeller Efisiensi Tinggi
2. Pengurangan Gesekan Lambung Kapal - Pelumasan Udara
3. Menggunakan Energi Terbarukan - Angin
- Sinar Matahari 4. Kompatibilitas
- Karakteristik Desain Kapal / Jenis Kapal - Kompatibilitas dengan keuntungan
Semua perangkat ini dimaksudkan untuk mengurangi konsumsi bahan bakar mesin penggerak. Teknologi PID dan Pengurangan gesekan lambung kapal melakukan ini dengan mengurangi hambatan lambung dan / atau meningkatkan efisiensi pendorong. Sumber energi terbarukan dapat menggantikan beberapa bagian dari bahan bakar yang dipakai. Banyak perangkat tidak saling kompatibel atau berlaku untuk semua jenis kapal.
Beberapa perangkat dibahas dalam bagian ini, terutama untuk PID, mendorong pengeluaran uang dari keadaan teknologi saat ini dan mungkin tidak siap untuk diimplementasi. Teknologi ini sedang berjuang untuk mendapatkan peran penting dalam industri perkapalan karena dari biaya pelaksanaan tinggi (baik itu karena biaya modal yang tinggi untuk rasio pembangkit energi, atau karena keterbatasan operabilitas intrinsik perangkat) dan integrasi langkah penghematan energi ini masih sulit dalam desain kapal dan operasi. Seringkali, masalah ini telah mencegah pemanfaatan energi terbarukan di kapal, terutama ketika risiko ekonomi tidak dapat langsung diukur, seperti halnya bagi sebagian besar teknologi baru.
Propulsion Improving Devices (PIDs)
1. Pemerataan Wake dan Perangkat Pengurangan Pemisahan Aliran
Tabel 2.1 Komparasi perangkat pemerataan wake dan Perangkat pengurangan
pemisahan aliran
Perangkat Keterangan
Penghematan 0-5 persen pengurangan konsumsi bahan bakar penggerak
Aplikasi dikenal cocok untuk memperbaiki masalah hidrodinamika
yang ada
Tipe kapal Semua kapal kecepatan rendah dan menengah
Teknologi baru / sudah ada Teknologi baru dan retrofit
Biaya rendah sampai sedang-rendah, tergantung pada
perangkat. Biaya pemeliharaan dapat menjadi masalah.
Secara umum, fungsi pemerataan wake dan perangkat pengurangan pemisahan aliran untuk meningkatkan aliran sekitar lambung yang dikembangkan untuk menghindarkan masalah propeller dan / atau ditambahkan tahanan kapal yang disebabkan oleh bentuk-bentuk lambung belakang suboptimal. Dengan demikian, mereka kurang efektif bila geometri kapal telah dirancang dengan benar, dengan mata mengoptimalkan aliran ke baling-baling dan menghindari timbulnya efek hidrodinamika yang merugikan seperti vortisitas lambung kapal. Perangkat yang paling umum dari pemerataan wake dan perangkat pengurangan pemisahan aliran adalah Saluran pemerataan wake (Schneekluth) dan terowongan
stern.
2. Saluran pemerataan wake (Schneekluth)
Tujuan dari saluran pemerataan wake mirip dengan yang ada pada spoiler Grothues, dalam arti bahwa kedua jenis perangkat mencoba untuk mengarahkan aliran ke bagian atas propeller disk, sehingga terjadi homogenisasi wake dan meningkatkan efisiensi lambung. Namun, tidak seperti spoiler Grothues, saluran Schneekluth juga mempercepat aliran dengan cara mengangkat yang diciptakan
oleh bentuk aerofoil dari saluran penampang. Yang terakhir dapat dirancang sehingga lebih baik untuk variasi sudut serang dari spoiler Grothues, sehingga meningkatkan efektivitas perangkat dalam kondisi operasi yang nyata. Juga, bentuk dan dimensi saluran dapat dioptimalkan sesuai kecepatan kapal lebih tinggi dari biasanya cocok untuk spoiler Grothues, sambil memberikan jumlah tambahan pengalihan wake yang diperlukan untuk mendapatkan wake hampir seragam.
Akhirnya, daerah tekanan rendah tercipta di depan saluran dapat memiliki efek menguntungkan dari segi melampirkan kembali aliran dipisahkan ke lambung di sekitar saluran. Namun, itu juga mungkin bahwa di mana aliran atas buritan sudah terpasang dan seragam, tekanan rendah ini sama mungkin bukan meningkatkan faktor efisiensi gaya dorong.
Gambar 2.3 Model dari saluran pemerataan wake (Schneekluth)
3. Terowongan Stern
Terowongan Stern adalah pelengkap lambung horisontal yang ditempatkan di atas dan di depan propeller disk yang mengalihkan air ke bawah menuju propeller. Dalam kebanyakan kasus, perangkat ini dipasang untuk mengurangi efek wake
puncak karena buritan berbentuk V, sehingga mengurangi getaran. Saluran tersebut telah dirancang dan dipasang di kapal justru untuk tujuan ini.
Namun, dalam beberapa kasus, mereka telah digunakan untuk memverifikasi bahwa diameter baling-baling yang lebih besar akan benar terendam bahkan ketika di rancangan keadaan ballast. Dalam kasus ini, peningkatan secara keseluruhan efisiensi propulsi dapat diperoleh, namun perlu dicatat bahwa desain yang tidak tepat dari duct buritan dapat mempengaruhi baik gesekan lambung dan gelombang membuat hambatan dan menghasilkan kerugian yang signifikan dari efisiensi lambung terutama dengan trim buritan.
Gambar 2.4 Saluran terowongan buritan sebagian
- Perangkat pra pusaran (pre-swirl)
Tabel 2.2 Komparasi perangkat pra pusaran (pre-swirl)
Perangkat Keterangan
Penghematan 2 sampai 6 persen pengurangan konsumsi
bahan bakar penggerak
Aplikasi dirancang dalam hubungannya dengan
propeller dan perangkat post-swirl yang relevan.
Tipe kapal Semua
Teknologi baru / sudah ada Teknologi baru dan retrofit
Biaya Medium-rendah, tergantung pada
Perangkat pra-pusaran yaitu perangkat pelengkap hidrodinamika yang dipasang untuk lambung kapal bertujuan untuk menjaga kondisi aliran wake sehingga rotasi berlawanan dengan propeller dikenakan pada itu, sehingga meningkatkan sudut serang aliran pada bilah propeller atas seluruh disk. Juga, pra-pusaran berputar aliran melawan arus rotasi disebabkan oleh propeller. Akibatnya, aliran meninggalkan propeller disk dapat dibuat mengandung momentum minimum dalam arah melingkar, sehingga menjadikan lebih sedikit energi kinetik untuk menghasilkan daya dorong.
Perangkat pra-pusaran telah dirancang dan dipasang baik sebagai retrofit ke kapal yang ada dan sebagai fitur integral dari bangunan baru. Biasanya, mereka dapat dibuat untuk bekerja di arus non optimal (khususnya tipe menyalurkan) tetapi mereka bekerja terbaik di wake nominal sudah optimal. Dalam hal ini, mereka dapat dianggap sebagai sepenuhnya melengkapi pendekatan optimasi lain dengan pengecualian garis keras simetris.
4. Sirip pra-pusaran dan stator
Sirip pra-pusaran dan stator adalah set sirip diatur langsung di depan propeller sekitar sumbu poros. Jumlah dan orientasi sirip ini tidak selalu simetris ke kiri dan kanan, karena distribusi wake vertikal yang tidak merata di depan perangkat yang menggabungkan dengan kebutuhan untuk membuat aliran rotasi belakang perangkat dan bahkan di depan baling-baling. Stator dapat memiliki cincin nozzle kecil terutama untuk memberikan kekuatan yang lebih besar untuk pengaturan dan sedikit meningkatkan efisiensi.
Ini semacam desain pra-pusaran paling cocok untuk dipasang pada kapal cepat dengan propeller yang menerima beban cukup berat, seperti pada kapal kontainer. Dalam kasus ini, tidak ada kebutuhan untuk lebih mempercepat aliran ke dalam propeller dan diperlukan rotasi dapat diberikan dengan jumlah minimal sirip (biasanya tiga di satu sisi dan satu di sisi lain) sehingga membatasi tambahan hambatan yang dikenakan oleh sistem. Perlu dicatat bahwa perangkat ini biasanya memerlukan desain baling-baling untuk dioptimalkan untuk bekerja di belakang
stator, sehingga pemuatan tambahan yang diciptakan oleh aliran pra-pusaran diterima dengan benar.
Gambar 2.5 Stator pada kapal container
5. Stator pra-pusaran dengan saluran akselerasi
Beberapa perangkat termasuk propeller terintegrasi Mitsui menyalurkan saluran akselerasi, Hitachi Zosen Nozzle, Sumitomo Integrated Lammeren Duct dan Becker Mewis Duct menggabungkan stator pra-pusaran dengan saluran akselerasi. Saluran dapat dipasang secara sumbu non-simetris dan salah satu peran ini adalah untuk homogenisasi komponen wake aksial. Namun, saluran juga meningkatkan efisiensi sirip pra-pusaran dengan menyediakan aliran air lebih penting untuk stator. Selain itu, saluran kontribusi untuk gaya dorong total berdasarkan lift diciptakan oleh akselerasi aliran melalui dindingnya.
Perangkat stator-duct terintegrasi biasanya dipasang pada kapal bentuk penuh dan desain mereka jauh kompleks karena masing-masing komponen perakitan lambung-duct-stator-propeller berinteraksi satu sama lain. Namun, perlu dicatat bahwa, secara umum, ukuran saluran harus dikurangi dengan meningkatkan kecepatan kapal dan mengurangi Cb sebaliknya konsekuensi dalam hal
menambahkan hambatan mungkin lebih besar daripada keuntungan efisiensi propulsi.
Salah satu ESD pra-pusaran yang paling populer adalah Becker Mewis Duct, yang merupakan kombinasi dari duct dan stator. Poros tengah saluran lebih tinggi dari garis poros dan dengan diameter lebih kecil dari salah satu baling-baling. Sirip dibangun dengan panjang chord lebih kecil dari saluran chord dan disusun asimetris. Struktur ini mengikuti pola pendistribusian wake secara merata di daerah atas baling-baling dan juga mendistribusikan wake melalui saluran ini lebih luas menuju propulsor. (Mewis, 2009)
Mewis duct diterapkan terutama pada kapal kecepatan rendah, dan blok koefisien tinggi. Saluran menawarkan aliran seragam dan dipercepat untuk mengurangi kerugian rotasi di slipstream dan menghasilkan gaya dorong bersih. Sirip terintegrasi menghasilkan pra-pusaran arah counter baling-baling, sehingga meningkatkan daya dorong. Kedua saluran dan sirip bertindak secara sinergis. Gain tergantung pada pemuatan baling-baling dan penghematan bervariasi dari 3% untuk kapal multifungsi yang lebih kecil dan 9% untuk kapal tanker besar dan kapal curah. Teknologi ini cocok untuk retrofit dan bangunan baru dan hampir independen dari rancangan dan kecepatan (Hollenbach, Reinholz, 2011). HSVA dilakukan serangkaian tes model untuk jenis lambung yang berbeda. Hasil untuk sebuah kapal menunjukkan keuntungan kekuatan 6% pada 16 kn, atau peningkatan kecepatan 0,27 kn dalam kondisi desain. Masing-masing, dalam kondisi kosong mendapatkan kekuasaan adalah 5,4% pada 16 kn atau peningkatan kecepatan 0,25 kn, menunjukkan bahwa keuntungan yang sensitif untuk menyusun variasi. Hasil yang sama dicatat oleh Guiard, Leonard, dan Mewis (2013) selama 64 proyek yang dilakukan di 9 towing tank di seluruh dunia. Penghematan rata-rata adalah 5,7% untuk kondisi desain dan 7,4% untuk kondisi ballast.Ketika kapal bergerak, meskipun, untuk kecepatan lebih dari 20 kn dan lambung yang lebih ramping, Mewis Duct menjadi tidak efisien sebagai saluran dan cenderung untuk menambahkan drag di bidang aliran wake. Selain itu, aliran
yang lebih tinggi meningkatkan risiko kavitasi dan risiko meningkatkan beban dinamis pada struktur.
Oleh karena itu, Becker Twisted Fins dikembangkan dan diterapkan untuk kapal dengan koefisien blok kecil. Struktur mereka mirip dengan Mewis Duct, tapi sirip pra-pusaran cenderung luar saluran dan dilengkapi dengan piring jenis winglet akhir (Guiard, Leonard, Mewis, 2013). Saluran sendiri jauh lebih kecil daripada versi kecepatan lambat dan memiliki profil datar khusus drag lebih rendah. Penggunaan utama dari saluran dalam hal ini adalah untuk dukungan struktural dari sirip. Pitch dan chord bervariasi melingkar untuk memaksimalkan efisiensi. Di atas poros chord disimpan minimal karena wake di ketinggian ini biasanya aksial sejajar.Model tes yang dilakukan setelah tahun 2012 terbukti menghasilkan pembebanan lebih seragam dan pra-pusaran yang dikendalikan dihasilkan oleh sirip bengkok. Penghematan rata-rata tercatat sekitar 3-5%. Salah satu yang pertama dalam aplikasi ini adalah kapal kontainer Hamburg Süd 7.100 TEU. Pengukuran skala penuh menunjukkan penghematan daya 3,8% pada 19 kn. (Mewis, Deichmann, 2013)
- Perangkat pasca pusaran (post-swirl)
Tabel 2.3 Komparasi perangkat pasca pusaran (post-swirl)
Perangkat Keterangan
Penghematan 2 sampai 6 persen pengurangan konsumsi bahan bakar
penggerak
Aplikasi dirancang dalam hubungannya dengan propeller dan
perangkat pre-swirl yang relevan.
Tipe kapal Semua
Teknologi baru / sudah ada
Teknologi baru dan retrofit
Biaya Medium-rendah, tergantung pada perangkat. Biaya
pemeliharaan dapat menjadi masalah.
Peran perangkat pasca pusaran adalah untuk pengkondisian aliran di ujung belakang dari propeller. Dalam sejumlah kasus, ini berarti berusaha untuk mengubah rotasi komponen aliran yang diciptakan oleh propeller untuk aliran aksial yang berguna. Pada hal lain, itu hanya soal menekan karakteristik baik aliran yang merugikan (seperti pusaran propeller hub) atau mengalihkan aliran untuk meningkatkan efisiensi kemudi. Pada waktunya, ini akan memungkinkan penggunaan kemudi yang lebih kecil, sehingga mengurangi hambatan kapal secara keseluruhan.
Karena perangkat ini berusaha untuk membuat kondisi aliran balik propeller, mereka hampir selalu dikaitkan dengan desain kemudi. Bahkan, beberapa tumpang tindih yang cukup besar harus diharapkan antara perbaikan mungkin di gaya dorong propulsi dan manfaat efisiensi kemudi, sehingga perakitan desain harus mengambil kedua aspek menjadi pertimbangan. Karena kinerja perangkat pasca pusaran dan kemudi terkait begitu erat, penting untuk memverifikasi efektivitas kedua bagian dan tidak adanya efek samping merugikan bagi semua kondisi kemudi dan operasi propeller, khususnya dalam hal kekuatan dan kelelahan.
pra-rotasi masa baling-baling, efektivitas berkurang dari perangkat pasca-pusaran harus diharapkan. Seperti dengan semua PID, efek ini harus dipelajari secara ekstensif menggunakan analisis CFD dan tes model pada tahap desain untuk menghindari mengubah perangkat efisiensi, menjadi sumber tambahan drag yang merugikan, masalah struktural dan getaran, atau keduanya.
Gambar 2.7 Kemudi dengan pinggiran twisting leading pada kapal kontainer
6. Sirip Thrust Rudder, stator Post-pusaran dan kemudi Asymmetric
Semua perangkat di atas mencoba untuk membelokkan aliran dari propeller untuk mengubah komponen rotasi ke dalam aliran aksial yang berguna. Ide ini berasal dari stator balik rotor mesin turbin. Konsep bekerja paling baik ketika stator tidak dipasang langsung pada kemudi, karena hal ini membebankan rotasi horizontal untuk stator sirip di wake belakang propeller, sehingga membuat tidak mungkin untuk mengoptimalkan sudut serangan pada sirip stator ketika kemudi sedang digunakan. Efek ini juga meningkatkan kemungkinan masalah struktural karena pemuatan tidak seimbang dari blades bagian portside dan starboard.
