ANALISA PENGGUNAAN FLAP PADA MODIFIKASI KEMUDI MENYERUPAI BENTUK EKOR IKAN TERHADAP MANEUVERABILITY KAPAL

(1)

ANALISA PENGGUNAAN FLAP PADA

MODIFIKASI KEMUDI MENYERUPAI

BENTUK EKOR IKAN TERHADAP

MANEUVERABILITY KAPAL

Oleh : HARDINA MULYASARI

4109 100 007

Dosen Pebimbing :

Aries Sulisetyono ST.,MA.Sc.Ph.D.

Ir. Murdjianto, M.Eng.

(2)

DIAGRAM ALUR PENGERJAAN TUGAS AKHIR

START

Studi Literatur

Macam bentuk kemudi menyerupai ekor ikan Operational software FLUENT

Perhitungan lift dan coefficient lift

Perhitungan maneuverability kapal (Steady turning radius) Analisis data menauverability kapal

Identifikasi Masalah

(3)

Perencanaan dan Pembuatan Model

Penentuan ukuran kapal dan luas kemudi kapal

(ukuran kapal dan luas kemudi didapatkan dari tugas akhir sebelumnya)

Lpp : 99 m, Bm : 18.8 m, T: 96 m, Vs : 6.57 m/s,

Ρ

: 1025 kg/m3,

Panjang Chord ( c ) : 5.6 m, Panjang spam ( s ): 4.5 m

Pembuatan model kemudi dilakukan dengan menggunakan software solid work. Dengan ketentuan: masing-masing kemudi memiliki area yang sama, area flap diambil 30% dari area kemudi,

Analisa Data

-Membuat kurva hubungan dari nilai lift force dengan

coefficient lift , dan kurva resultan sudut kemudi dengan gaya kemudi.

-Membandingkan nilai lift force, tactical diameter, advance, steady turning diameter, steady speed in turn pada masing-masing bentuk kemudi.

Pengujian Model

Dari model-model kemudi yang sudah dirancang dengan menggunakan software solid work, dilakukan pengujian dengan memberikan sudut kemudi maksimal dan pengaruh fluida untuk memdapatkan nilai lift dan coefficient lift dengan menggunakan software CFD

.

• Pergerakan maneuver kapal identik dengan pergerakan ikan

saat berenang.

• Kecepatan aliran fluida pada daerah atas dan bawah

baling-baling memiliki nilai paling besar dan akan menurun pada

daerah poros baling-baling.

• kapal yang menggunkan daun kemudi yang sudah dimodifikasi

dengan menggunakan flap memiliki Maneuverability yang lebih

baik dibandingkan kapal yang menggunakan kemudi

(6)

Rumusan Masalah

• Bagaimana hasil modifikasi kemudi konvensional menjadi

kemudi ekor ikan dengan flap tunggal?

• Bagaimana perbandingan nilai lift dan coefficient lift yang

dihasilkan oleh kemudi konvensional dengan kemudi hasil

modifikasi melalui pendekatan program CFD?

• Bagaimana pengaruh modifikasi bentuk kemudi kepada

(7)

Maksud dan Tujuan Penulisan

• Memperoleh bentuk dari kemudi menyerupai ekor ikan

dengan flap tunggal.

• Memperoleh data perbandingan nilai lift dan coefficient

lift yang dihasilkan oleh kemudi konvensional dengan

kemudi hasil modifikasi melalui pendekatan CFD.

• Memperoleh data Maneuverability kapal dengan

kemudi konvensional dan kemudi hasil modifikasi.

(8)

Hipotesis Penulisan

• Rudder yang sudah dimodifikasi menjadi kemudi ekor

ikan dengan flap tunggal memiliki coefficient lift yang

lebih

besar

sehingga

dapat

meningkatkan

Maneuverability dibandingkan kemudi konvensional.

• Bagian tengah kemudi yang sejajar dengan poros

memilki kecepatan aliran paling kecil dibandingkan

bagian atas dan bawah.

(9)

Batasan Masalah

Penulisan

1. Ukuran kapal dan kemudi sudah ditentukan sesuai data percobaan

sebelumnya.

2. Selain bentuk kemudi (konvensional dan sirip ikan) semua variable

yang diberlakukan sama.

3. Tidak dibahas tentang konstruksi dari desain, serta biaya

pembuatan alat

(10)

Kemudi Kapal

c panjang chord

b

_t

tinggi kemudi pada triling edge

b panjang span

b

_f

tinggi kemudi pada leading edge

t tebal maksimum

c

_t

panjang chord kemudi pada top side

d posisis tongkat kemudi

c

_b

panjang chord kemudi pada bottom side

Ar luas area kemudi

t

_t

tebal section pada top side

(11)

(12)

Kemudi Tanpa Flap

_{Kemudi DenganFlap}

(13)

(14)

Teori Gerak Maneuver Kapal

• Turning ability

• straight line stability

• directional stability

• Stopping ability

kemampuan kapal untuk berputar karena

adanya gaya dari daun kemudi.

perubahan arah gerakan kapal sebagai

akibat pengaruh gaya-gaya luar namun

tanpa gaya dari daun kemudi

kemampuan kapal untuk tetap

mempertahankan arah gerakannya

kemampuan kapal untuk berhenti (motor

penggeraknya dimatikan) setelah

melakukan gerakan steady turning pada

kecepatan penuh

(15)

Turning ability

–

Advance : jarak yang ditempuh oleh

center of gravity mulai gerakan awal

hingga (biasanya) mencapai perubahan

90˚.

–

Transfer : perpindahan kedudukan

centre of gravity dari posisi awal hingga

perubahan arah tertentu secara lateral

(melebar).

–

Tactical diameter : besarnya

perpindahan dari posisi awal hingga

perubahan arah

180˚.

Biasannya tactical

diameter ini dirasiokan dengan panjang

kapal.

–

Diameter of steady turning circle :

adalah diameter lintasan sejak keadaan

setimbang pada saat membelok.

–

Turning rate : besarnya derajat belokan

(16)

Tahapan Turning

Tahapan Turning Kapal

• tahap persiapan

dimulai ketika kapal mulai bergerak lurus dari kondisi diam hingga mencapai

kecepatan yang diinginkan. Pada tahap ini tidak ada belokan oleh kemudi.

tahapan ini berakhir ketika kemudi mulai dibelokkan.

• tahap pertama

dimulai ketika kemudi mulai dibelokkan sehingga membentuk sudut yang

diinginkan.

• tahap kedua

Tahap ini dimulai ketika kemudi kapal telah mencapai sudut belokan

maksimum yang dipertahankan.

• tahap ketiga

Pada tahap ini terjadi keseimbangan gaya sehingga membuat kapal berbelok

dengan jari-jari tetap atauu sering disebut dengan fase steady turning

(17)

Standard IMO tentang Maneuverbility :



Kemampuan berputarPanjang lintasan



Advance tidak lebih dari 4,5 kali panjang kapal dan diameter taktis tidak lebih dari 5 kali

panjang kapal

.



Kemampuan berputar awal



Kemampuan Course Keeping dan Yaw Cheking



a) Overshoot angle yang pertama dalam 10 derajat / 10 derajat zig-zag test tidak

lebih dari 10 derajat jika L/V kurang dari 10s, 20 derajat bila L/V kurang dari adalah 30s

atau lebih, dan 5+1/2 (L/V) derajat bila L/V adalah 30s.



b) Overshoot angle yang kedua dalam 10 derajat /10 derajat tes zig-zag tidak lebih

dari 25 derajat bila L/V kurang dari 10s, 40 derajat bila L/V 30s atau lebih. Dan 17,5 + 0,75

(L/V) derajat bila L/V adalah 10s atau lebih tetapi tidak kurang dari 30s.



c) Overshoot angle yang pertama dalam 20 derajat/20 derajat tes zig-zag tidak lebih

dari 25 derajat.



Kemampuan stopping

(18)

CFD

Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan

metode penghitungan dengan sebuah kontrol

dimensi luas dan volume dengan memanfaatkan

bantuan komputasi komputer untuk melakukan

perhitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya.

Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3

bagian utama:

• Prepocessor

• Processor

(19)

Pembuatan Model kemudi

KARMILA / PERTAMINA 58

• Lpp : 99

m

• Bm : 18.8

m

• T

: 6

m

• Vs

: 6.57

m/s

• : U = C (kec. Aliran fluida)

• Ρ

: 1025

kg/m3

Sedangkan untuk kemudi, digunakan ukuran kemudi konvensional

dengan model NACA 0018 dan ukuran sebagai berikuti:

• Panjang Chord ( c )

: 5.6 m

• Panjang spam ( s )

: 4.5 m

(20)

(21)

CFD (FLUENT)

Proses

meshing

model

geometri,

pengaturan

bentuk dan

ukuran mesh

Pembuatan

geomatri, dan

penamaan

bagian

geometri

Geometri

Mesh

Setup

Solution

Nilai force,

coefficient

force,

coefficient

drag, gambar

contour force

pada bidang

uji

Pemilihan sifat

material uji,

menetukan

kondisi batas,

mengatur

parameter

kontrol

soulusi,

melakukan

perhitungan /

iterasi

(22)

Click

Pembuatan Geometri

1

(23)

CFD (FLUENT)

Dilakukan proses mehing pada kemudi dan kotak fluida. Dengan cara mengatur bentuk

dan ukuran minimum serta maximum. Serta penentuan posisi inlet dan outlet

Meshing Geometri

2 no

Min Size

Max Sixe

Element

force (n)

1 0.0175

0.56 678027

22385.834

2 0.0170

0.544 701659

22472.637

3 0.0165

0.528 730564

22629.189

4 0.0160

0.512 762337

22681.687

22300 22400 22500 22600 22700

independent mesh

…

Untuk mmendapatkan ukuran meshing terlebih dahulu dilakuakan pengkuran untuk

menentukan independent mesh dangan memvariasikan 4 ukuran meshing agar dapat

mengetahui ukuran mesh berapa yang tidak lagi mempengaruhi niali akhir yang

diharapkan

(24)

CFD (FLUENT)

(25)

CFD (FLUENT)

• Pemilihan sifat material uji

untuk pengujian kali ini fluida yang digunakan adalah air laut dengan

density 1023 kg/m3

• menetukan kondisi batas,

Seperti aliran fluida yang digunakan merupakan kecepatan kapal yaitu : 6

m/s, relative pressure nya 0 (Pa), kondisi batas wall menggunakan no slip

agar tidak terjadi pengurangan kecepatan akibat efek gesekan wall

• mengatur parameter kontrol soulusi, maximum iteration yang digunakan

adalah 150

• melakukan perhitungan / iterasi

Setup

3

(26)

CFD (FLUENT)

• Setelah perhitungan

atau iterasi telah

complate kita dapat

memperoleh nilai dari

pressure, force,

coefficient force,

coefficient drag,

gambar pressure

contour pada bidang

uji

Solution

4

(27)

(28)

MENENTUKAN NILAI MANEUVERABILITY

Menentukan nila Steady Turning Radius

1

• Clarke, D., Gedling, P. and Hine, G., The Application of

Manoeuvering Criteria in Hull Design Using Linear Theory,

Proceedings of Rina Spring Meetings, London 1982

Persamaan Hidrodinamika

(29)

MENENTUKAN NILAI MANEUVERABILITY

Menentukan nila Steady Turning Radius

1

• Burcher . Development in Ship

Manoeuvrability,” Trans RIN. 1971

(30)

MENENTUKAN NILAI MANEUVERABILITY

Menentukan nila Tactical diameter, Advance, Transfer

2

• lyster, C.A., and knights, H.L., Predisction Equation for ship’s Turning Circles, Trans,

(31)

(32)

50 100 150 200 250 300 350 400 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Tu rn in g D ia m te r (m )

Sudut Kemudi (derajat)

Nilai Turning Diameter Setiap Jenis Kemudi

Konv+ flap Ikan1+ flap Ikan2 + flap Konv + Non flap Ikan1 + Non flap Ikan2 + Non flap

213.12

136.40

87.37

218.93

138.36

88.90

241.99

140.20

92.91

347.79

183.39

107.03

359.45

178.74

103.46

379.05

18.59

108.04

(33)

150 170 190 210 230 250 270 290 310 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Ad va n ce ( m )

Nilai Advance Setiap Jenis Kemudi

228.58

187.17

161.75

225.60

186.16

160.96

240.43

188.12

163.81

294.82

210.32

171.06

300.81

207.92

169.23

210.42

171.58

310.89

(34)

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Ta ct ic al D ia m te r (m )

Nilai Tactical Diameter Setiap Jenis Kemudi

152.22

102.76

232.79

150.26

101.23

226.98

154.07

106.77

255.85

197.25

120.89

361.66

192.60

117.33

373.31

197.45

121.90

392.92

(35)

10 30 50 70 90 110 130 150 170 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Tr an sf e r (m )

Sudut kemudi (derajat)

Nilai Transfer Setiap Jenis Kemudi

43.69

17.43

86.48

42.65

16.62

83.39

44.67

19.56

98.72

67.61

27.06

154.91

65.14

25.17

161.09

67.71

27.59

171.50

(36)

• Dari hasil pengujian diatas diketahui bahwa kemudi ikan 1 dengan flap yang memiliki

maneuverability yang paling bagus.

• Untuk kemudi ikan 1 dengan flap nilai advance dan turning diameter pada sudut kemudi

10 derajat mengalami penurunan sebesar 23.5% dan 37.2%. pada sudut 20 derajat

mengalami penurunan sebesar 11.5% dan 23.8%. pada sudut 35 derajat juga mengalami

penurunan sebesar 5.9% dan 16.3% terhadap kemudi konvensional.

• Pengaruh bentuk modifikasi kemudi terhadap maneuverability tidak jauh berbeda karena

(37)

(38)

Nilai maneuverability

Data kapal model:

Panjang

: 1.165

m

Lebar

: 22.1

m

Sarat

: 7.12

m

Kecepatan

: 0.6

m/s

Luas Kemudi

: 0.001759

m

2 Parameter

Sudut Kemudi

35 ͦ portside

35 ͦ starboard

Advance (cm)

245.085

245.567 Tranverse (cm)

120.366

120.863

(39)

LHI

TA Rizky

MPP

Parameter

Sudut Kemudi

35 ͦ portside

35 ͦ starboard

Advance (cm)

312.14

318.39 Tranverse (cm)

129.28

140.93 Tactical Diametr (cm)

258.56

270.21 Turning diameter (cm)

177

205 Parameter

Sudut Kemudi

35 ͦ portside

35 ͦ starboard

Advance (cm)

244.99

231.81 Tranverse (cm)

101.47

102.61 Tactical Diametr (cm)

202.94

196.73 Turning diameter (cm)

138.92

149.25 Parameter

Sudut Kemudi

35 ͦ portside

35 ͦ starboard

Advance (cm)

295

295 Tranverse (cm)

129

(40)

(41)

(42)

• Modifikasi kemudi yang menghasilkan maneuverability paling baik adalah modifikasi

ikan 1 dengan flap tunggal. Kemudi ini dapat menigkatkan nilai lift hingga 40%

dibandingkan kemudi konvensional.

• Bagian tengah kemudi yang sejajar dengan poros mendapatkan kecepatan aliran

paling kecil dibandingkan bagian atas dan bawah kemudi

• Berdasarkan hasil validasi penggunaan rumus pendekatan dengan pengaruh

coefficient lift yang merupakan hasil analisa program CFD terhadap free running test

model dan juga program MPP, menghasilkan nilai rata-rata perbedaan dari Advance

sebesar 13% , Tactical Diameter 14%, Turning Radius 16 %, dan Transfer 10%.

(43)

SARAN

• Dapat digunakan bentuk ekor ikan yang lebih

bervariasi.

• Penggunaan meshing yang baik.

• Aliran kemudi yang digunakan disesuaikan dengan

aliran propeller.

(44)

"Kebaikan itu tidak akan mendatangkan kecuali

(45)

dengan pengurangan area kemudi sebesar 5% maka

kenaikan nilai advance rata-rata

3.2%, kenaikan nilai

Tactical diameter 6.2%

pengurangan luas area sebesar 11%, kenaikan nilai

advance rata-rata 8.2%, kenaikan nilai Tactical diameter

16.6%

(46)

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Ikan1 (10'), -3.221385034 Ikan1 (20'), 2.358882592 Ikan1 (35'), 2.945597582 Ikan2 (10'), -8.643186236 Ikan2 (20'), -0.101100132 Ikan2 (35'), -0.835304119 Persentase penurunan

Perubahan Nilai Turning Diameter Kemudi tanpa

Flap Terhadap Kemudi Konvensional (%)

(47)

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 kemudi Ikan1 (10'), -2.031175422 Ikan1 (20'), 1.137157276 Ikan1 (35'), 1.069951414 Ikan2 (10'), -5.449776187 Ikan2 (20'), -0.048737801 Ikan2 (35'), -0.303413755 Persentase penurunan

Perubahan Nilai Advance Kemudi tanpa Flap

Terhadap Kemudi Konvensional (%)

(48)

0 5 10 15 20 25 kemudi Konvensional+flap (10'), 22.46687074 Konvensional+flap (20'), 11.00564585 Konvensional+flap (35'), 5.447629943 Ikan1+flap (10'), 23.47993807 Ikan1+flap (20'), 11.48420211 Ikan1+flap (35'), 5.906056528 Ikan2+flap (10'), 18.44723286 Ikan2+flap (20'), 10.55463383 Ikan2+flap (35'), 4.241033121 Persentase penurunan

Perubahan Nilai Advance kemudi dengan flap

Terhadap Kemudi Konvensional (%)

(49)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 kemudi Konvensional+flap (10'), 35.63180235 Konvensional+flap (20'), 22.82975887 Konvensional+flap (35'), 14.99743388 Ikan1+flap (10'), 37.23849761 Ikan1+flap (20'), 23.82246063 Ikan1+flap (35'), 16.25949141 Ikan2+flap (10'), 29.2567738 Ikan2+flap (20'), 21.89419398 Ikan2+flap (35'), 11.67564876 Persentase penurunan

Perubahan Nilai Turning Diameter Kemudi dengan

Flap Terhadap Kemudi Konvensional (%)

ANALISA PENGGUNAAN FLAP PADA MODIFIKASI KEMUDI MENYERUPAI BENTUK EKOR IKAN TERHADAP MANEUVERABILITY KAPAL