Dosen Pembimbing Utama :Andi Mursid Nugraha Arifuddin, S.T., M.T.Dosen Pembimbing Kedua :Wira Setiawan S.T., M.TSeptian Tommy Pamungkas 0918062

ANALISA PENGARUH KECEPATAN KAPAL TERHADAP ALIRAN PIPA WATER INLET SISTEM PENDINGIN MESIN UTAMA PADA

KAPAL KAYU TRADISIONAL

Dosen Pembimbing Utama :

Andi Mursid Nugraha Arifuddin, S.T., M.T.

Dosen Pembimbing Kedua : Wira Setiawan S.T., M.T

Septian Tommy Pamungkas 0918062

01

Pendahuluan

02

Tinjauan Pustaka

03

Metode Penelitian

04

Hasil dan Pembahasan

05

Kesimpulan dan Saran

Outlin

e

PENDAHULUAN

Di kampung pesisir kabupaten penajam, tepatnya di daerah kayu api terdapat usaha pengerajin kapal kayu, yaitu sebuah galangan rakyat atau galangan tradisional. Usaha pembuatan kapal secara tradisional dikategorikan sebagai usaha industri rakyat dengan menggunakan teknologi sederhana Maka dari itu pengrajin kapal tradisional dalam pekerjaannya sebagai perancang kapal dan pembuat kapal, hanya berdasarkan memodifikasi dari desain kapal sebelumnya dengan menggunakan metode sister ship atau parent ship

LATAR BELAKANG

Secara umum terdiri dari komponen struktur

lambung, bangunan atas, perlengkapan kapal,

sistem permesinan dan propulsi. sistem propulsi

pada kapal terdiri dari main engine, shaft, dan

propeller Kapal ini mempunyai sebuah sistem

pendingin yang unik, sistem pendingin ini sudah

terpasang tepat dibelakang propeller seperti yang

terlihat pada gambar dibawah ini, sebagai berikut

Pada umumnya kapal-kapal yang dibuat para

pengerajin kapal tradisional ini memanfaatkan

dorongan aliran air dari propeller dengan

menempatkan pipa inlet dalam pendingin mesin

utama kapal. Tanpa adanya pengunaan

pendeketan secara ilmiah mengenai pipa

pendingin terhadap daun propeller yang tepat,

maka dari itu aliran fluida yang dihasilkan belum

dapat tersalurkan secara maksimal

RUMUSAN MASALAH

Bagaimana pengaruh kecepatan kapal terhadap arus air yang terjadi ?

Bagaimana pengaruh kecepatan kapal terhadap water inlet pada pipa pendingin mesin utama kapal kayu tradisional?

TUJUAN PENELITIAN

Untuk mengetahui hasil pengaruh

kecepatan kapal terhadap arus air yang terjadi

dan untuk mengetahui hasil pengaruh

kecepatan kapal tehadap water inlet pada pipa pendingin mesin utama kapal kayu tradisional tersebut.

BATASAN MASALAH

kecepatan kapal divariasikan sesuai dengan daya mesin utama

Kecepatan aliran yang timbul akibat kecepatan kapal menggunakan persamaan empiris.

Perilaku kecepatan water inlet dimodelkan menggunakan metode ekperimen numeric (Ansys fluent).

01

Memberikan solusi dalam pengaplikasian penempatan water inlet pipa pendingin mesin.

02

Memberikan gambaran mengenai pengunaan pipa water cooler dengan sistem water inlet sebagai pendingin mesin utama kapal tradisional

03

Sebagai bahan referensi tentang pemanfaatan

penggunaan water inlet pipa pendingin pada mesin utama kapal tradisional

04

MANFAAT PENELITIAN

Memberikan informasi pada penulis dan pembaca mengenai pengaruh kecepatan kapal

terhadap arus air yang terjadi

KERANGKA PENELITIAN

TINJAUAN PUSTAKA

Kapal Kayu Tradisional

Kapal kayu tradisional adalah kapal yang pada umumnya dibangun secara tradisional berdasarkan pengalaman pembuatnya tanpa dasar proses desain. Pembentukan lambung dimulai dari pemasangan kulit tidak seperti pada pembangunan kapal secara konvensional sehingga memiliki keunikan tersendiri semuanya berdasarkan tradisi dan naluri dalam menentukan karakteristik bentuk lambung dan konstruksinya

Sistem Permesinan dan Propulsi

Didalam sebuah kapal memiliki 2 (dua) sistem penggerak kapal yaitu, sistem permesinan kapal dan sistem propulsi.

Pada permesinan kapal merupakan bagian inti dari sebuah kapal sebagai sistem penggerak

Sistem

Pendingin Kapal

Didalam sebuah kapal

memiliki 2 (dua) sistem

penggerak kapal yaitu,

sistem permesinan

kapal dan sistem

propulsi. Pada

permesinan kapal

merupakan bagian inti

dari sebuah kapal

sebagai sistem

penggerak

Aliran Fluida

Aliran Fluida merupakan bentuk dari suatu zat dalam fase cair dan fase gas. Jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu satuan waktu disebut aliran dan diberi notasi Q. Debit aliran biasanya diukur dalam volume zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik per detik (m3 /s). Di dalam zat cair ideal, dimana tidak terjadi gesekan, kecepatan aliran V adalah sama di setiap titik pada tampang lintang. Apabila tampang aliran tegak lurus dengan arah aliran, maka debit aliran dapat dirumuskan Q = A .V

Dimana :

𝑄 = Debit aliran (m3 /s)

𝐴 = Luas penampang bidang (m2 ) 𝑉 = Kecepatan aliran (m/s)

Jenis Aliran Fluida

Aliran dalam keadaaan stabil (steady state) apabila debit / laju alir volumetrik selama waktu yang ditinjau adalah tetap.

•Aliran tak stabil (unsteady state) apabila debitnya / laju alir volumetrik selama waktu yang ditinjau tidak tetap / berubah.

Sedangkan jenis atau tipe aliran bila ditinjau dari arah lintasnnya partikel fluida yang mengalir dibagi menjadi aliran laminer dan aliran turbulen

Hidrodinamika propeller

Dalam membuat bentuk dasar propeller dibutuhkan bentuk yang hidrodinamis yaitu yang dinamakan Hidrofoil dimana menghasilkan suatu lift yang lebih besar dibandingkan dengan drag-nya. Pergerakan dari hidrofoil ini terjadi pada suatu media fluida dengan kecepatan yang memungkinkan terjadinya hidrodinamika

Karakteristik propeller

Dalam membuat bentuk dasar propeller dibutuhkan bentuk yang hidrodinamis yaitu yang dinamakan Hidrofoil dimana menghasilkan suatu lift yang lebih besar dibandingkan dengan drag-nya. Pergerakan dari hidrofoil ini terjadi pada suatu media fluida dengan kecepatan yang memungkinkan terjadinya hidrodinamika

Dimana:

KT = Koefisien dorong baling-baling Q = torque propeller Va = kecepatan advanced

KQ = Koefisien torsi baling-baling D = diameter propeller

J = Koefisien advanced baling-baling N = putaran propeller

CT = koefisien beban gaya dorong T = thrust propeller

ρ = Massa jenis

Kinematika Fluida

Dalam aplikasi bidang teknik yang berkaitan dengan sistem fluida, umumnya fluida yang terlibat berada dalam keadaan bergerak atau lebih dikenal dengan istilah

“mengalir”. Kinematika fluida mempelajari berbagai aspek gerakan fluida tanpa meninjau gaya – gaya yang diperlukan untuk menghasilkan gerakan tersebut

Perhitungan Speed of Advance (Va)

Keberadaan lambung kapal didepan propeller mengubah rata-rata kecepatan lokal dari propeller. Jika kapal bergerak dengan kecepatan V dan akselerasi air di bagian propeller akan bergerak kurang dari kecepatan kapal tersebut.

Akselerasi air tersebut bergerak dengan kecepatan Va, diketahui sebagai Speed of Advance.

Perhitungannya adalah sebagai berikut:

Va = (1 - w) Vs Dimana :

Va : Speed of Advance (m/s) W : wake friction

Vs : Kecepatan Dinas (Knot)

Dunia rekayasa dan keteknikan, umumnya menggunakan piranti lunak untuk membantu dalam menyelesaikan permasalahan dalam suatu pekerjaan yang telah ditentukan. Secara umum, analisa yang bisa dilakukan oleh ANSYS adalah analisa struktur, termal, fluida/CFD, dan electromagnetic’s serta berbagai kasus keteknikan lainnya.

Ansys Fluent Numerical Modelling

Didalam untuk memahami aliran partikel inert yang tersebar, bingkai LE (lagrian-Eularian) dari persamaan konservasi digunakan. transportasi massa dan momentum dalam fase fluida adalah dijelaskan oleh persamaan RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) sebagai berikut:

u ̄ dan p ̄ = kecepatan aliran rata-rata nilai Reynolds dan tekanan,

Ρ = kerapatan fluida,

η = dinamika viskositas dan

f_D′ = kekuatan dorongan tambahan.

FLUENT memiliki kemampuan pemodelan sebagai berikut:

· Aliran 2D, 2D axisymmetric, 2D axisymmetric dengan swirl, dan 3D.

· Aliran tunak (steady) ataupun transien.

· Aliran fluida kompresibel dan inkompresibel untuk semua daerah kecepatan (subsonik, supersonik, dan hipersonik).

· Aliran invsikos, laminar, dan turbulen.

· Perpindahan panas, meliputi konveksi paksa, konveksi bebas, campuran, konjugasi (padatan/fluida), dan radiasi

Kemampuan Ansys Fluent

Kondisi Batas Kondisi batas merupakan data masukan yang sangat penting untuk simulasi aliran dengan FLUENT

Kondisi batas

01

Mass Flow Inlet = Untuk fluida inkompresibel, sebenarnya kondisi batas ini hampir sama dengan velocity inlet. Laju aliran massa merupakan perkalian antara kecepatan, luas

penampang, dan massa jenis fluida

02

Velosity Inlet = Lokasi kondisi

batas ini berada pada sisi

masuk daerah saluran. Nilai

masukan yang dibutuhkan

adalah kecepatan aliran air,

arah aliran, dan sifat turbulensi.

Kondisi batas

03 ⁰⁴

Outflow = Kondisi batas ini

digunakan apabila parameter aliran pada keluaran sama sekali tidak diketahui. Kondisi batas ini hanya dapat

digunakan untuk fluida

inkompresibel dengan aliran berkembang penuh (fully developed)

Wall = Seluruh dinding yang terdapat pada saluran

(termasuk katup dan sudu) didefinisikan sebagai dinding.

Tidak ada nilai yang harus

dimasukkan pada kondisi batas ini apabila dinding tidak

bergerak terhadap waktu

Persyaratan Tekanan Air

tekanan air adalah gaya yang

mendesak air dalam

dinding/wadah yang memuatnya (dinding pipa, dinding bak atau tempat penyimpanan air). Oleh sebab itu tekanan dikategorikan dalam dua jenis yaitu tekanan statis/hidrostatis dan tekanan dinamis/hidrodinamisKecepatan aliran air dalam pipa berkisar antara 2 – 4,5 m/det

Persamaan Bernoulli untuk aliran dalam pipa ditunjukkan seperti di bawah ini

Dimana :

z: elevasi (m) P : tekanan (atm atau mka) γ: berat jenis air (kg/m3) V : kecepatan aliran (m/det)

g : gravitasi (m/det2) hf : kehilangan tenaga akibat gesekan/mayor loss (m) he : kehilangan tenaga akibat perubahan tampang/minor loss (m)

METODOLOGI PENELITIAN

KERANGKA PENELITIAN

OBJEK PENELITIAN

•Loa : 21 m

•Panjang (Lbp) : 18.8 m

•Lebar (B) : 4 m

•Tinggi (H) : 2 m

•Sarat (T) : 1.45 m

•Tipe Mesin : Yanmar

•Daya Mesin : 30 HP

•Vs : 9 knot

HASIL DAN PEMBAHASAN

DESKRIPSI OBJEK PENELITIAN

Pada penelitian ini dilakukan menggunakan ansys fluent untuk mengetahui jarak optimal pipa pendingin kapal untuk pemanfaatan aliran stern atau buritan kapal sebagai sumber sistem air pendingin mesin utama pada kapal kayu tradisional ini.

Adapun jarak pipa pendingin yang paling optimal dapat dilihat dari seberapa besar masuknya debit air yang dihasilkan dari variasi kecepatan Va terhadap pipa pendingin water inlet tersebut (dalam m³/detik).

Dengan menggunakan aplikasi AutoCad sebagai acuan pada aktualisasi pada objek kapal, maka dibuatlah bentuk lines plan kapal kayu tradisional ini dapat dilihat pada Gambar dibawah ini

Aliran speed of advance (Va)

Va = (1 - w) vs Va = …?

Dimana :

w = wake fraction Cb = Coefficient block Va = Speed of advance

Vs = kecepatan kapal atau kecepatan dinas

Hasil Simulasi Kecepatan Aliran pada Ansys Fluent

Q = A .𝑉 Dimana :

𝑄 = Debit aliran (m³/s)

𝐴 = Luas penampang bidang (m²) 𝑉 = Kecepatan aliran (m/s)

Perilaku Pressure Terhadap Kenaikan

Kecepatan Aliran Air

KESIMPULAN

1.Penelitian ini menunjukan bahwa kecepatan aliran Va terhadap inlet kapal sangat berpengaruh pada peningkatan kecepatan aliran pada debit air yang dihasilkan.

2.Dengan standar kecepatan aliran air sistem pendingin mesin utama pada pipa yaitu 2 s/d 4 m/s, maka diketahui bahwa kecepatan minimum kapal adalah 2,5 knot dengan Va 1,07 m/s yang menghasilkan kecepatan aliran sebesar 2,41 m/s.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa apabila kecepatan kapal tidak mencukupi batas kecepatan minimal maka akan semakin kecil aliran yang dihasilkan, akan tetapi jika melalui kecepatan optimal pipa inlet terhadap kecepatan Va akan memenuhi kebutuan aliran debit air pada pipa yang dihasilkan.