ANALISA PENGARUH SKEW ANGLE TERHADAP PERFORMA
PROPELLER DENGAN PENDEKATAN CFD
Mahasiswa Pelaksana : Rizkhal Huda W (4206100064)
Dosen Pembimbing : 1.Irfan Syarif Arief ST.,MT. (1969 1225 1997 02 1001) 2. Ir.Amiadji, M.M, M.Sc. (1961 0324 1988 03 1001)
ABSTRACT
Propeller adalah suatu alat yang digunakan untuk menggerakkan kapal dari tempat satu ke tempat lainnya dengan bantuan mesin. Dalam perkembangannya propeller mengalami beberapa modifikasi bentuk dengan tujuan untuk mendapatkan efisiensi yang paling baik sebagai alat penggerak kapal. Salah satu modifikasi itu yaitu skew angel pada propeller, yang dimaksud dengan skew angle adalah sudut antara propeller shaft center line sampai dengan blade tip. Skew sendiri dapat berfungsi untuk mengurangi beban dan tekanan pada propeller saat memecah fluida sehingga didapatkan desain yang lebih baik sebagai alat pengerak kapal untuk mengurangi tekanan pada propeller dan memperlancar aliran fluida yang melewati propeller itu sendiri. Skew pada propeller dibagi dua tipe yaitu biased skew dan balance skew. Pada percobaan ini akan dilakukan beberapa variasi sudut skew dan aliran fluidanya nanti akan dianalisa menggunakan metode CFD (Computational Fluid dynamic) untuk mengetahui performanya.
Kata Kunci : propeller, skew angle, performa, Ansys CFD (Computational Fluid dynamic).
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang MasalahPropeller adalah suatu alat yang digunakan untuk menggerakkan kapal dari tempat satu ke tempat lainnya. Propeller ini nantinya yang akan menghasilkan suatu daya dorong (thrust) kapal. Propeller sendiri terdiri dari beberapa jumlah blade (daun) dan berhubungan dengan shaft/poros propeller, perputarannya berpusat pada shaft center line, dalam keadaan normal perputaran propeller searah dengan jarum jam jika dilihat dari belakang. Pada bagian sisi kanan blade disebut dengan leading edge dan sisi kiri propeller disebut traling edge dan keduanya bertemu di ujung yang disebut dengan blade tip. Bagian depan dari propeller disebut dengan pressure side dan bagian belakang dari propeller disebut dengan suction side. Filosofi dari geometry propeller ini akan sangat membantu dalam membuat desain dari propeller nantinya.
Dalam perkembangannya propeller mengalami beberapa modifikasi bentuk dengan tujuan untuk mendapatkan efisiensi yang paling baik sebagai alat penggerak
kapal. Karena perkembangan dunia perkapalan yang pesat mulai dari ukuran kapal dan bentuk dari kapal itu sendiri, maka dibutuhkan juga daya dorong yang lebih besar dengan cara selain meningkatkan kapasitas mesin dan konsumsi bahan bakar yang tentunya akan lebih boros jika dilihat dari segi ekonomisnya. Salah satu alternatif pemecahan masalahnya adalah dengan meningkatkan effisiensi dari propeller itu, yaitu dengan kapasitas mesin yang ada tetapi effisiensi dari propeller bertambah atau diperbesar dengan cara yang sedemikian rupa. Dengan demikian perlu dilakukan suatu terobosan-terobosan baru dalam mendesain atau memodifikasi suatu bentuk propeller.
Salah satu modifikasi itu yaitu skew angel pada propeller, yang dimaksud dengan skew angle adalah sudut yang terbentuk antara propeller shaft center line sampai dengan blade tip. Skew sendiri dapat berfungsi untuk mengurangi beban dan tekanan pada propeller saat memecah fluida. Skew pada propeller dapat dibagi dua tipe yaitu biased skewdan balance skewselain itu juga dibedakan lagi berdasarkan sudutnya yaitu after skew propeller dan forward skew propeller. Dalam perkembangannya skew propeller ini terus dipakai dan dikembangkan
karena memiliki banyak kelebihan-kelebihan. Maka dari itu dalam penelitian kali ini kita buat desain dari propeller tipe skew dan akan dianalisa bagaimana pengaruh skew angle ini terhadap performa propeller itu sendiri apakah benar dapat menambah performa gerak kapal dan mengurangi kavitasi.
Dalam pengerjaan ini nantinya diberikan batasan masalah yaitu dilakukan beberapa variasi diameter dan tipe propeller yang dipakai. Karena ukuran diameter propeller juga memberikan pengaruh dalam performansi, pada beberapa kapal ukuran kecil jika semakin besar diameter nya maka akan meningkatkan thrust (t) dan torsi (Q). Dalam prosesnya akan dilakukan beberapa variasi dalam pembuatan model skew propeller ini seperti diameter dari propeller sebesar 30 cm dan 40 cm serta variasi sudut skew sebesar dengan range 2˚. Karena berdasarkan beberapa percobaan yang sudah ada sudut skew yang baik dalam sebuah analisa adalah 25˚ derajat maka kita analisa pada sudut sebelum dan sesudahnya dengan perbedaan 2˚ untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dan spesifik.
Analisa dilakukan dengan pendekatan perhitungan dan dibantu pendekatan menggunakan software Ansys CFD (Computational Fluid Dynamic). Penggambaran atau pembuatan model dari skew propeller ini di kerjakan dalam software kemudian di jalankan dan dianalisa bagaimana hasilnya. Dari hasilnya nanti akan diketahui bagaimanakah performa dari desain propeller yaitu daya dorong ( thurst ), torsi juga efisiensi kemudian dibandingkan variasi desain yang bagaimana yang paling baik diantara desain propeller yang telah dibuat. I.2 Perumusan Masalah
Dengan uraian di atas maka permasalahan utama yang akan dibahas adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh skew angleterhadap performa propeller.
2. Berapakah sudut skew yang baik hasilnya terhadap performa propeller berdasarkan variasi yang ada.
I.3 Batasan Masalah
Dari permasalahan yang harus diselesaikan di atas maka perlu adanya pembatasan masalah ruang lingkupnya agar dalam melakukan analisa nantinya tidak
melebar dan mempermudah dalam melakukan analisa, batasan tersebut yaitu :
1. Propeller yang digunakan tipe B-Series, dengan jumlah daun propeller 5 blade. 2. Analisa pada keadaan open water.
3. Dilakukan variasi diameter propeller 30 cm dan 40 cm serta variasi sudut skew dengan range 2°.
4. Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode CFD.
5. Kecepatan fluida tidak terlalu diperhitungkan karena pada keadaan open water dan dibuat tetap untuk semua model.
I.4 Tujuan
Tujuan penulisan Skripsi ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh skew angle terhadap performa propeller.
2. Untuk mengetahui sudut skew yang baik berdasarkan penelitian.
I.5 Manfaat penulisan
Diharapkan skripsi ini akan memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Kita dapat mengetahui berapakah sudut skew yang baik untuk perancangan yang sebenarnya.
2. Sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya yang berhubungan dengan penelitian ini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Hydrodinamika PropellerDalam membuat suatu bentuk dasar dari propeller dibutuhkan bentuk yang hidrodinamis yang dinamakan Hidrofoil dimana nantinya dapat 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.
Hidrodynamika adalah peristiwa di mana kecepatan antara bagian atas dan bawah hidrofoil terjadi perbedaan. Seperti yang kita ketahui bahwa besarnya tekanan adalah berbanding terbalik terhadap besarnya kecepatan. Fluida yang melalui bagian atas airfoil melaju lebih cepat daripada fluida yang melewati bagian bawah. Hal ini disebabkan
adanya perbedaan tekanan antara aliran fluida bagian atas dan aliran fluida bagian bawah. Sehingga yang terjadi adalah aliran fluida yang melalui bagian bawah hidrofoil lebih pelan bila dibandingkan bagian atas hidrofoil. Perbedaan tekanan yang terjadi inilah yang kemudian akhirnya menimbulkan fenomena gaya dorong pada propeller.
Gambar 2.1 gaya dorong propeller
Untuk mendesain atau merancang suatu propeller dibutuhkan beberapa foil-foil yang mewakili setiap chord atau section yang kemudian disusun menjadi satu dan jadilah propeller. Selain propeller itu sendiri juga dibutuhkan hub, poros atau shaft dan fluida yang ada sehingga hydrodinamika propeller dapat terjadi. Pada prinsipnya jika dalam keadaan normal perputaran propeller searah dengan jarum jam dilihat dari belakang. Pada bagian sisi kanan blade disebut dengan leading edge dan sisi kiri propeller disebut traling edge dan keduanya bertemu di ujung yang disebut dengan blade tip. Bagian depan dari propeller disebut dengan pressure side dan bagian belakang dari propeller disebut dengan suction side. Selain itu propeller juga memiliki bebrapa luasan/area dan outline seperti, disc area(A0) adalah area atau luasan perputaran penuh dari blade tip propeller, projected outline (Ap) adalah luasan blade propeller jika dilihat dari shaft center line, dan expanded balde outline (AE) adalah gambaran luasan dari chord length pada kondisi radial dari dirextric. Dari beberapa luasan propeller itu memilki peraman sebagai berikut,
Disc Area (A0)
Expanded Area
Ada beberapa gaya yang bekerja pada propeller dan terdiri dari tiga gaya dasar yaitu, thrust, torsi dan centrifugal. Gaya thrustdan torsi pada propeller terbentuk dari gaya angkat dan drag pada foil propeller dengan posisi radial. Dengan kata lain total thrust merupakan integral dari vector axial lift pada bagian root hingga tip propeller.
II.2 Gaya-gaya Yang Bekerja Pada Propeler
Definisi dari beban pada analisa struktur pada daun propeler diidealisasikan dengan distribusi tekanan dan gaya. Pemodelan awal yang sederhana mengenai gaya yang bekerja adalah tiga gaya dasar yaitu thrust, torsi dan centrifugal.
Gambar 2.2 gaya-gaya yang bekerja pada propeler
Propeler thrust dan torsi terbentuk dari gaya angkat (lift) dan drag pada foil propeler pada posisi radial. Dengan kata lain total thrust merupakan integral dari vector axial lift pada bagian root hingga tip propeler.Jika diasumsikan propeler yang digunakan adalah B series, maka dapat digunakan distrubisi tunggal untukthrust dan beban torsi, dan diasumsikan juga bahwa pitch tetap. Distribusi beban yang sesuai untuk propeler dengan kondisi ini adalah gaya persatuan jarak radial versus posisi radial. II.3 Persamaan Dasar Open water Propeller test
Propeller memiliki persamaa-persamaan dasar dalam melakukan perhitungan untuk mencari performa dari propeler seperti koefisien thrust, koefisien torsi, kavitasi dan efisiensi. Open water propeller test sendiri mempunyai pengertian yaitu dimana analisa ini dilakukan pada keadaan propeller tanpa menggunakan kapal atau lambung kapal jadi hanya terdiri dari
poros dan propeler yang kemudian dialiri fluida dengan kecepatan tertentu dan propeller diberikan kecepatan sesuai yang direncanakan. Pada keadaan open water test setiap propeller memiliki persamaan-persamaan seperti dibawah ini.
Koefisien Thrust : (1) Koefisien Torsi : (2) Efisiensi : (3) Advance koefisien: (4) Dimana, Q : Torsi (kgf m) T : Thrust (kgf) D : Diameter (m)
ρ : Massa jenis air (1025.9 kg/m3)
n : Rotational speed propeller (rev/s)
VA : Speed of advance (m/s) II.4 Kavitasi Propeller
Kavitasi pada propeller dapat terjadi pada saat propeller menerima beban yang sangat tinggi di bawah kondisi putaran kritis, yang apabila kondisi kritis ini berlanjut akhirnya akan berakibat turunnya gaya dorong/thrust. Kavitasi dalam jangka waktu yang lama dapat memperburuk kondisi propeller yaitu terjadinya erosi pada daun propeller, sehingga tentu saja akibat adanya erosi akan berakibat turunnya efisiensi propeller. Dalam penelitian biasanya masalah kavitasi diselidiki mengenai bagaimana terjadinya beserta sifat-sifatnya dan sejauh mana kavitasi yang terjadi dapat ditolerir. II.5 Skew Angle Propeller
Pada perkembangannya propeller mengalami beberapa modifikasi salah satunya adalah skew propeller, dimana bentuk dari propeller ini nantinya agak lancip pada bagian ujungnya. skew angel propeller sendiri mempunyai pengertian yaitu sudut antara propeller shaft center line sampai dengan
blade tip. Blade tipsendiri adalah pertemuan dari trailing edge dan leading edge pada surface propeller dan merupakan jarak maksimum dari radius propeller. Skew pada propeller dapat berfungsi untuk mengurangi beban dan tekanan propeller saat memecah aliran fluida.
Gambar 2.3 skew propeller
Skew pada propeller sendiri dibagi dua tipe yaitu biased skewdan balance skew, biased skew memiliki pengertian blade reference line yang terbentuk akibat sudut skew yang diberikan memiliki kelengkungan tertentu pula sedangkan balanced skew propeller memiliki blade reference line yang lurus mulai dari shaft center line hingga blade tip. Skew angle propeller juga dapat dibagi berdasarkan atas arah sudut skew tersebut yaitu positif skew dan negative skew. Selain itu skew propeller juga dapat dibedakan berdasarkan besar sudut skew antara lain, skewed propeller, highly skew propellerserta very highly skew propeller.
Gambar 2.4 bias skew dan balance skew Dimensi dari skew anglesecara linear dinotasikan SKi dan dapat diproyeksikan (i) sebagai section, sudut αi(radians), Radius (Ri) serta pitch angle (θi) sehingga dapat dirumuskan skew anglesebagai berikut,
A
V J
nD
SKi = ( Ri αi )/( cos θi)
Pada teorinya skew biasanya sangat berhubungan dengan rake dalam membuat desain sebuah propeller, karena saling berkaitan itu makanya dalam perhitungan dan pembutan titik koordinatnya dijadikan satu atau saling berkaitan antara skew dengan
rake. Persamaan total rake suction directrix
(iT), iT (r) = is (r) + iG (r) Dimana, Is = induced skew iG = rake r = radius
Dan penggambaran koordinat dari
leading edge dan trailing edge dari blade
propeller dengan memasukkan nilai dari rake dan skew dapat digambarkan sebagai berikut dibawah ini,
Untuk leading edge,
Untuk trailing edge,
Dimana,
C = chord length
φ =angle rotating blade
θs = sudut skew section
r = radius propeller
θnt = nose-tail pitch angle
II.6 Computational Fluid Dynamics
Pada percobaan kali ini menggunakan software CFD yang berfungsi sebagai alat bantu simulasi dan konfigurasi dari bentuk
skew angle propeller yang akan dianalisa.
Kemudian dilakukan modifikasi bentuk skew
angle dan diameter propeller. Dari simulasi
ini nantinya akan diperoleh data yang selanjutnya diproses data tersebut untuk mendapatkan hasil yang ingin dicapai.
BAB III METODE PELAKSANAAN
Metodologi pengerjaan skripsi ini dalam prosesnya diawali dengan study literatur yang didapat dari buku, internet, dan paper. Kemudian pengumpulan data dari tipe propeller yang akan kita buat modelnya, langkah selanjutnya adalah pembuatan model dan pengujiannya menggunakan simulasi CFD dalam kesempatan ini menggunakan software ansys CFD. Setelah proses simulasi selesai dilakukan validasi terhadap model yang sudah jadi. Kemudian kita variasikan model tersebut sesuai dengan peercobaan yang dilakukan untuk mendapatkan hasil yang ingin dicapai. Dan yang terakhir adalah mengolah data dari hasil simulasi dengan menggunakan persamaan-persamaan yang
sesuai dan dilakukan analisa data,
pembahasan hingga terakhir membuat
kesimpulan dan saran. Untuk lebih jelasnya akan dibahas pada penjelasan di bawah ini.
III.1 Tahap Awal
Tahap awal pengerjaan skripsi ini adalah identifikasi dan perumusan masalah yang ada yaitu mengenai propeller dan
perkembangan dari skew angle propeller itu
sendiri. Dalam memperoleh datanya
didapatkan dari literature buku dan informasi dari internet. Data yang diperoleh nantinya akan digunakan untuk dijadikan acuan dalam pengerjaan skripsi ini dalam tahap pemodelan propeller. Data-data tersebut bisa berupa dimensi propeller, sudut skew yang pernah dilakukan dalam percobaan, dasar teori yang di pakai unutk pengerjaan skripsi ini dan lain sebagainya.
III. 2 Tahap Pembuatan Model
Pertama propeller dibuat koordinat-koordinatnya dengan ketentuan diameter yang ingin di buat tipe propeller B- series dengan jumlah blade 5 dan ketentuan skew yang dianalisa. Dalam pembuatan geometri awal propeller memanfaatkan bantuan program
atau software maritime geometry propeller
dengan memasukkan nilai diameter propeller, pitch, jumlah blade serta area ratio kemudian di simpan file tersebut dengan format file
(.tin).
Setelah itu titik-titik koordinat
dihubungkan menjadi sebuah chord-chord
yang nantinya akan di surface menjadi satu
bagian yaitu face dan back propeller. Pada
tahap ini juga dibuatlah sudut skew yang telah ditentukan dan merupakan tujuan dari analisa skripsi ini. Prosesnya sendiri dibuat dengan melakukan rotate titik-titik koordinat yang
sudah dihubungkan menjadi satu garis chord
terhadap sumbu x sehingga membentuk skew propeller yang smoth atau mulus.
Gambar 3.1 hasil pemodelan B5-D20-S25
Gambar di atas menunjukkan hasil dari proses selanjutnya setelah pembuatan
gemetri propeller yaitu proses surface. Pada
tahap ini juga di buat semua bagian dari model sepeti jumlah blade propeller (5 blade),
wall, inlet, outlet dan poros semua dibuat
dengan ukuran yang telah ditentukan kecuali
untuk poros, inlet_in, outlet_in dan wall_in
dibuat dengan ukuran yang berbeda berdasarkan besar dari diameter propeller, akan tetapai ukuran semuanya dibuat dengan besar yang sama tiap diameter propeller karena bukan merupakan variasi yang berbeda
adalah bentuk dari tiap diameter yang merupakan variasi dari pengerjaan skripsi ini.
Gambar 3.2 part surface III.3 Grid (Meshing)
Dalam program ansys ini setelah tahap penggambaran model selesai dilakukan maka langkah selanjutnya adalah melakukan
meshingterhadap model yang telah jadi tetapi
sebelum itu ditambahkan body pada tiap
boundary, disini body memliki fungsi untuk
menentukan arah sekaligus sebagai media yang akan dialiri aliran fluida. Berikut adalah contoh hasil dari proses meshing tersebut,
Gambar 3.3 hasil meshing seluruh bagian model
III.4 Simulasi Model
Cfx Pre merupakan langkah lanjut
dari setelah ansys icem dalam tahap
pembuatan model. Dalam cfx pre ini akan
diberikan parameter-parameter yang sudah ditentukan terlebih dahulu sesuai dengan fungsi masing-masing bagian sebelum proses simulasi. Pada tahap ini yang harus dilakukan
adalah pertama membuat domain 1 yang
mempunyai karakteristik stationary dan
terdiri dari subdomain inlet, outlet, poros
stationarydan walldimana setiap subdomain
mempunyai karakteristik sendiri, berikutnya
membuat domain 2 yang mempunyai
karateristik rotating dan terdiri dari
subdomain inlet_in, wall_in, Outlet_in, poros
ini juga memiliki karakteristik sendiri-sendiri. Bagian yang mempunyai hubungan antar
domain seperti inlet_in, outlet_indan wall_in
nantinya akan di interfacedengan pengertian
karena merupakan pertemuan antara body 1
dengan body 2. Di bawah ini adalah contoh
gambar pada proses cfx pre.
Gambar 3.4 tampilan pada Cfx Pre
Setelah memberikan definisi pada setiap bagian model, kemudian dilakukan
prose solver manager yang berfungsi untuk
mensimulasikan dan membaca database yang
telah kita tentukan pada langkah Cfx pretadi.
BAB IV ANALISA DATA DAN
PEMBAHASAN
IV.1 Umum
Pada tahap analisa data dan pembahasan ini akan dibahas mengenai tujuan
dan hasil akhir analisa mengenai skew angle
propeller dengan mendapatkan nilai-nilai dari
thrust, torsidan efisiensi kemudian nilai-nilai
tersebut di bahas dan di analisa. Pada analisa kali ini juga akan dilakukan beberapa variasi yang sudah dijelaskan pada pembahasan sebelumnya seperti melakukannya terhadap beberapa variasi sudut skew, diameter propeller serta variasi nilai J sedangkan untuk jumlah blade propeller tetap yaitu 5 blade dan tipe propeller B-series. Selain dari beberapa aspek yang ingin dicapai seperti penjelasan diatas juga akan ditampilkan
countur dari pressure pada face dan back
propeller pada lampiran, hal ini akan bermanfaat untuk mengetahui apakah model
skew angle propeller yang telah dibuat
mengalami kavitasi atau tidak. Di berikut ini
contoh beberapa tampilan countur pressure
dari model yang telah dibuat pada tiap diameter.
Gambar 4.1 kontur tekanan pada propeller diameter 30cm
Gambar 4.2 kontur tekanan pada propeller diameter 40cm
IV.2 Validasi
Data hasil analisa merupakan data yang sifatnya tidak mutlak, artinya belum sepenuhnya benar. Karena itu harus divalidasi
dengan data lain yang metode
penyelesaiannya berbeda.Validasi data
dilakukan dengan membandingkan antara data hasil analisa dengan data perhitungan atau dengan data perhitungan program lain. Hasil dianggap valid jika data hasil analisa memiliki selisih yang tidak jauh atau mendekati dengan data pembandingnya. Dalam pengerjaan skripsi ini besar dari sudut skew didapatkan dari acuan spesifikasi produk skew propeller yang didapatkan dari perusahaan ZF marine yang kemudian kita kembangkan dengan spesifikasi sebagai berikut,
Series KCA – Cz
Blades : 3, 4, 5
Pitch Ratio : 0.60-2.00
Area Ratio : 0.50-1.10
Dengan diameter sekitar 12” – 24” dan diaplikasikan untuk kapal cepat maka dengan data kapal sebagai berikut,
Panjang Kapal (LOA) : 8, 00 Meter
Lebar Kapal ( B) : 2, 20 Meter
Tinggi Lambung (H) : 1, 10 Meter
Syarat Kapal ( T) : 0, 45 Meter
Engine : 1 x 175 HP
Stelah didapatkan data-data dari propeller dan dimensi kapal seperti diatas
maka dapat dicari besar dari kebutuhan thrust
dengan perhitungan untuk propeller dengan dimeter 40 cm dan saat kecepatan 5.14 m/s adalah berkisar 32108.16 N sedangkan pada perhitungan dari model ini bias mencapai 29695.45 N. Dengan ini validasi terhadap
nilai thrustdapat diterima.
IV.3 Variasi Model
Dalam pengerjaan skripsi ini
menggunakan beberapa variasi model yang sudah dijelaskan pada pembahasan sebelum-sebelumnya, variasi tersebut antara lain sudut skew propeller (23, 25, 27, 29 derajat), diameter propeller (30, 40 cm) dan nilai J yang divariasikan dengan mengubah nilai kecepatan pada face serta back propeller yang didapatkan dengan mengubah nilai J dari 0,4 hingga 1,2 dengan interval 0,2.
IV.4 Perhitungan
Setelah proses software selesai kita akan mendapatkan data yang harus diolah terlebih dahulu sebelum dijadikan data hasil dari pembahasan analisa ini.
Force Lift
F = P x A
Dimana, F = Force Lift (N)
P = Pressure (Pa)
A= Area (m2)
Nilai pressure dan area diambil dari
proses cCd post pada tahap simulasi dengan
menggunakan function calculator kemudian
function area ave. Untuk nilai pressure
diambila nilai yang sejajar sumbu putar yaitu
pressure di sumbu x. Sedangkan area yang
diambil adalah luasan bagian face dan back
dari propeller. Setelah itu ditambahkan kedua
nilai dari lift face dan back tersebut, maka
resultan gaya liftadalah.
Flift = [Fface + Fback]
Force Drag
F = τ x A
Dimana, F = Force Drag(N)
τ = Wallshear (Pa)
A= Area (m2)
Nilai wallsheardan areadiambil dari
proses post pada tahap simulasi dengan
menggunakan function calculator kemudian
area ave. Nilai yang diambil adalah nilai
wallshear. Sedangkan untuk nilai area
diambil adalah luasan bagian face dan back
dari propeller. Maka resultan gaya drag adalah.
Fdrag = [Fface + Fback]
1. Thrust
T = Flift cosθ – Fdragsinθ (4)
Dimana, T = thrust Flift = gaya lift
Fdrag = gaya drag
θ = sudut daun dari P/D 2. Torsi
Q = Flift sinθ + Fdragcosθ (5)
Dimana, Q = torsi
Flift = gaya lift
Fdrag = gaya drag
θ = sudut daun dari P/D 3. Efisiensi Dimana, 0= efisiensi T = thrust (N) Q = torsi (Nm) VA= speed of advance (m/s) n = rotational speed propeller (rev/sec)
Dalam proses solver juga telah
ditetapkan beberapa nilai untuk data awal
dalam cfx seperti nilai kecepatan aliran fluida
putar propeller ditetapkan dan divariasikan dengan nilai j.
IV. 5 Data Hasil Simulasi
Nilai thrust torsi dan efisiensi yang
diperoleh dengan menggunakan persamaan diatas kemudian dimuat dalam table. Di bawah ini tabel nilai hasil simulasi mulai dari
skew angle 23° sampai 29°, untuk skew 0°
juga masuk sebagai perbandingan dan selanjutnya variasi juga dilakukan dari diameter 0.3m dan 0.4m. Pada table diberi nama dari setiap model propeller dengan keterangan sebagai berikut,
B5-Dxx-Sxx Dimana;
B5 : tipe propeller B- series 5
blade
Dxx : diameter propeller (cm)
Sxx : besar sudut skew propeller
(derajat)
Tabel 4.2 Data hasil simulasi B5-D30-S0 J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 10358.35 4163.05 4.75446 0.6 10271.56 3481.68 8.45590 0.8 10255.84 3222.65 12.16213
1 10253.51 3095.83 15.82186 1.2 10254.26 3024.42 19.43591 Tabel 4.3 Data hasil simulasi B5-D30-S23
J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 10245.24 4081.84 4.79609 0.6 10133.60 3409.84 8.51809 0.8 10110.40 3156.18 12.24215
1 10104.83 3032.90 15.91596 1.2 10103.66 2963.80 19.54216 Tabel 4.4 Data hasil simulasi B5-D30-S25
J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 10222.04 4071.81 4.79702 0.6 10112.90 3402.25 8.51965 0.8 10089.13 3149.10 12.24388
1 10081.88 3025.62 15.91799 1.2 10079.60 2956.49 19.54384
Tabel 4.5 Data hasil simulasi B5-D30-S27 J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 10220.35 4066.22 4.80282 0.6 10107.58 3397.39 8.52736 0.8 10083.61 3144.96 12.25329
1 10076.71 3022.05 15.92861 1.2 10074.62 2953.29 19.55534 Tabel 4.6 Data hasil simulasi B5-D30-S29
J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 10246.27 4071.52 4.80874 0.6 10137.04 3403.87 8.53593 0.8 10109.56 3150.65 12.26264
1 10102.66 3027.87 15.93896 1.2 10100.69 2959.24 19.56652 Tabel 4.7 Data hasil simulasi B5-D40-S0
J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 29695.47 10460.81 7.23245 0.6 29738.59 9322.36 12.19120 0.8 29797.92 8895.08 17.06972 1 29842.62 8689.07 21.87581 1.2 29873.72 8574.00 26.63098 Tabel 4.8 Data hasil simulasi B5-D40-S23
J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 28974.76 10168.85 7.2595 0.6 28952.67 9040.65 12.2388 0.8 28984.89 8619.06 17.1357 1 29013.76 8416.46 21.9571 1.2 29035.04 8303.91 26.7252 Tabel 4.9 Data hasil simulasi B5-D40-S25 J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 28855.77 10130.02 7.2574 0.6 28828.69 9003.52 12.2367 0.8 28862.36 8583.50 17.1340 1 28891.92 8381.71 21.9556 1.2 28913.98 8269.73 26.7238 Tabel 4.10 Data hasil simulasi B5-D40-S27
J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 28726.97 10085.11 7.2572 0.6 28706.72 8963.60 12.2392 0.8 28736.13 8543.91 17.1381
1 28762.97 8342.26 21.9609 1.2 28783.68 8230.50 26.7302 Tabel 4.11 Data hasil simulasi B5-D40-S29
J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%) 0.4 28712.27 10073.31 7.2620 0.6 28699.04 8956.55 12.2455 0.8 28732.64 8539.14 17.1456 1 28761.86 8338.74 21.9693 1.2 28727.44 8212.31 26.7370 IV.6 Pembahasan
IV.6.1 Thrust Skew Propeller Terhadap Skew Angle
Pada pembahasan hasil analisa nilai
thrust skew propeller terhadap skew angle
memilki trendline turun pada diameter 30 cm dan 40 cm. Pada model skew propeller dengan diameter 30 cm yang memilki nilai
thrust yang tinggi adalah propeller dengan
skew 0° dan yang memiliki nilai thrust
terendah adalah skew 27˚. Untuk lebih
jelasnya dapat dilihat pada grafik 4.1.
Pada analisa thrust propeller dengan
diameter 40cm terhadap variasi skew angle
memiliki trendline menurun. Model skew
angle propeller dengan diameter 40 cm yang
memilki nilai thrust tertinggi adalah model
propeller dengan skew angle 0° dan yang
memiliki nilai thrust terendah adalah 29˚.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik 4.2.
IV.6.2 Torsi Model Skew Propeller Terhadap Skew Angle
Pembahasan nilai torsi diameter 30
cm terhadap variasi skew angle memiliki
trendline turun saatskew angle0˚. kemudian
terus menurun hingga skew angle 29°.
Propeller dengan skew angle0˚ memiliki torsi
yang paling besar dan model skew propeller yang memiliki nilai terendah adalah propeller
dengan skew angle 29°. Untuk lebih jelasnya
dapat dilihat pada grafik 4.3.
Pada analisa torsi propeller dengan
diameter 40cm terhadap variasi skew angle
memiliki trendline turun. Model skew angle
propeller dengan diameter 40 cm yang memilki nilai torsi tertinggi adalah model
propeller dengan skew angle 0˚ dan yang
memiliki nilai thrust terendah adalah
propeller dengan skew angle 29˚. Untuk lebih
jelasnya dapat dilihat pada grafik 4.4.
IV.6.3 Efisiensi Skew Propeller Terhadap Skew Angle
Pada analisa efisiensi propeller
dengan diameter 30cm terhadap variasi skew
angle memiliki trendline naik. Pada
pembuatan grafik ini hanya diambil nilai efisiensi saat J 0.4 karena jika ditampilkan saat J mulai 0.4 – 1.2 perbandingan tidak
begitu kelihtan. Model skew angle propeller
dengan diameter 30 cm yang memilki nilai efisiensi tertinggi adalah model propeller
dengan skew angle 29˚ dan yang memiliki
nilai efisiensi terendah adalah propeller
dengan skew angle 0˚. Untuk lebih jelasnya
dapat dilihat pada grafik 4.5.
Pada analisa efisiensi propeller
dengan diameter 40cm terhadap variasi skew
angle memiliki trendline naik. Pada
pembuatan grafik ini hanya diambil nilai efisiensi saat J 0.4 karena jika ditampilkan saat J mulai 0.4 – 1.2 perbandingan tidak
begitu kelihtan. Model skew angle propeller
dengan diameter 40 cm yang memilki nilai efisiensi tertinggi adalah model propeller
dengan skew angle 29˚ dan yang memiliki
nilai efisiensi terendah adalah propeller
dengan skew angle 0˚. Untuk lebih jelasnya
dapat dilihat pada grafik 4.6.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
IV.1 KesimpulanBerdasarkan percobaan dan simulasi yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Dengan semakin besar variasi sudut skew
anglemaka nilaithrustdan torsi propeller
sama-sama akan semakin kecil.
2. Pada propeller dengan diameter 30 cm
yang memiliki nilai thrust dan torsi
terbesar adalah propeller dengan skew
3. Pada propeller dengan diameter 40 cm
yang memiliki nilai thrust dan torsi
terbesar adalah propeller dengan skew
angle0° dan yang terkecil 29°.
4. Nilai effisiensi propeller memiliki
trendline naik semakin besar sudut skew maka nilai efisiensi semakin besar pula, hal ini berbanding terbalik dengan nilai
thrustdan torsi propeller.
5. Nilai efisiensi untuk diameter 30 cm yang memiliki nilai terbesar adalah propeller
dengan skew angle 29° sedangkan nilai
efisiensi terkecil adalah propeller dengan
skew angle0°.
6. Nilai efisiensi untuk diameter 40 cm yang memiliki nilai terbesar adalah propeller
dengan skew angle 29° sedangkan nilai
efisiensi terkecil adalah propeller dengan
skew angle0°.
IV.2 Saran
Setelah proses pengerjaaan selesai maka dapat diberikan beberapa saran yang diharapkan dapat bermanfaat sebagai berikut: 1. Saat pembuatan model skew propeller
sebaiknya memiliki luas area yang sama agar didapatkan hasil yang lebih baik saat membandingkan data nanti.
2. Pemilihan besar kecilnya kecepatan perputaran propeller serta diameter propeller sangat menentukan hasil.
3. Dalam mengaplikasikan besar kecilnya
skew angle propeller harus
mempertimbangkan diameter dan
kecepatan putaran propeller.
4. Kecepatan aliran fluida (VA) akan sangat
berpengaruh dalam mendapatkan besar atau kecilnya nilai thrust dan torsi.
5. Untuk anilisa dengan software mengenai propeller nilai dari besarnya diameter,
kecepatan putaran propeller dan
kecepatan aliran fluida (VA) sangat
berkolerasi satu dengan yang lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
1. Carlton, John. 2007. Marine Propeller
and Propulsion. Oxford University:
Elsevier.
2. Donald R. Smith and John E. Slater. 1988.
The Geometry Of Marine Porpellers.
Defence Reseach Establishment Atlantic. Canada.
3. Ghasemi H. 2009.The Efect of Wake Flow
and Skew Angle on the Ship Propeller
Performance. Sharif University of
Technology.
4. Krasilnikov V and Sun J. 2009. CFD
Investigation in Scale Effect on Propellers with Different Magnitude of Skew in
Turbulent Flow. First International
Symposium on Marine Propulsors. Norwegia.
5. Sampson, Rod. 2008. Resistance &
Propulsion (I). Newcastle University.
6. Skripsi Syafiuddin (4206100051). 2010.
Pengaruh Distribusi Tegangan Terhadap Pemilihan Bahan Untuk Controllable
Pitch Propeller. Fakultas Teknologi
Kelautan. ITS. Surabaya.
7. Tuakia, Firman. 2008. Dasar-dasar CFD
menggunakan fluent. Bandung:
Informatika.
Grafik 4.1 Nilai thrust propeller diameter 30 cm terhadap variasi skew angle. Grafik 4.2 Nilai thrust propeller diameter 40 cm terhadap variasi skew angle.
Grafik 4.3 Nilai torsi propeller diameter 30 cm terhadap variasi skew angle. Grafik 4.4 Nilai torsi propeller diameter 40 cm terhadap variasi skew angle.
10000,00 10050,00 10100,00 10150,00 10200,00 10250,00 10300,00 10350,00 10400,00
Skew 0 Skew 23Skew 25Skew 27Skew 29
Th ru st (N ) Skew angle
Variasi thrust D 30 terhadap skew angle
J 0.4 J 0.6 J 0.8 J 1 J 1.2 28400,00 28600,00 28800,00 29000,00 29200,00 29400,00 29600,00 29800,00 30000,00 Skew 0 Skew
23 Skew25 Skew27 Skew29
Th ru st (N ) Skew angle
Variasi thrust D 40 terhadap skew angle
J 0.4 J 0.6 J 0.8 J 1 J 1.2 7500,00 8000,00 8500,00 9000,00 9500,00 10000,00 10500,00 11000,00 Skew 0 Skew
23 Skew25 Skew27 Skew29
To
rs
i
Skew Angle
Variasi Torsi D 40 terhadap skew angle
J 0.4 J 0.6 J 0.8 J 1 J 1.2 2800,00 3000,00 3200,00 3400,00 3600,00 3800,00 4000,00 4200,00 4400,00
Skew 0 Skew 23 Skew 25 Skew 27 Skew 29
To
rs
i
Skew Angle
Variasi Torsi D 30 terhadap skew angle
J 0.4 J 0.6 J 0.8 J 1 J 1.2
Grafik 4.5 nilai efisiensi propeller diameter 30 cm saat J 0.4 terhadap skew propeller. Grafik 4.6 nilai efisiensi propeller diameter 40 cm saat J 0.4 terhadap skew propeller. 4,72000 4,73000 4,74000 4,75000 4,76000 4,77000 4,78000 4,79000 4,80000 4,81000 4,82000
Skew 0 Skew 23 Skew 25 Skew 27 Skew 29
Ef is ie ns i Skew Angle
Variasi Efisiensi D 30 terhadap skew angle
pada J 0.4
J 0.4 7,21500 7,22000 7,22500 7,23000 7,23500 7,24000 7,24500 7,25000 7,25500 7,26000 7,26500Skew 0 Skew 23 Skew 25 Skew 27 Skew 29
Ef is ie ns i Skew Angle