Bapak Rahmatullah S.T., M.Si., selaku Dekan Fakultas Teknik UMSU yang berpesan agar skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Bapak Munawar Alfansury Siregar, S.T., M.T., selaku Wakil Dekan I yang mengusahakan agar tugas sarjana ini dapat terselesaikan dengan baik. Bapak Khairul Samudrani, ST, M.T., selaku Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan perhatiannya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
Bapak Affandi S.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin yang telah memberikan perhatiannya sehingga tugas universitas ini dapat diselesaikan dengan baik.
Rumusan Masalah
Batasan Masalah
Tujuan Penelitian .1 Tujuan Umum
Tujuan Khusus
Manfaat Perancangan
Sistematika Penulisan
Seperti yang kita ketahui, baling-baling merupakan alat penggerak kapal yang paling efisien dibandingkan dengan alat penggerak lainnya, seperti water jet, roda kemudi dan baling-baling voith scheenider. Baling-baling kapal merupakan salah satu alat penggerak mekanis kapal, sebelum kita membahas masalah baling-baling kapal, ada baiknya kita membahas terlebih dahulu alat penggerak kapal yang diklasifikasikan menjadi 2 jenis, yaitu alat penggerak non mekanis dan alat penggerak mekanis kapal. Alat penggerak kapal non mekanis adalah dayung dan layar kapal, sedangkan alat penggerak kapal yang mekanis adalah sebagai berikut.
Sejarah awal perkembangan propulsi kapal dapat diperpanjang hingga periode 287-212 SM. N. c.ketika Archimedes menemukan alat untuk memindahkan air dari danau ke saluran irigasi pertanian Syracuse, Sisilia.
Jenis-Jenis Propeller Kapal
Cara Desain Propeller Kapal
Dalam menghitung hambatan kapal diambil nilai hambatan kapal, dengan nilai tersebut sangat mempengaruhi proses perancangan suatu propeler yang menyangkut gaya dorong yang diciptakan untuk melawan hambatan kapal. Baling-baling terhubung ke hub dan bos yang merupakan bagian yang dapat dilepas. Permukaan bilah yang menghadap ke belakang disebut samping, di belakangnya disebut belakang atau sisi bertekanan rendah.
Jika desain baling-baling tidak tepat, maka akan terjadi kavitasi, yaitu terbentuknya gelembung-gelembung uap air, yang dapat mengurangi gaya dorong yang dihasilkan baling-baling dan dapat merusak baling-baling itu sendiri.
Teori Desain Propeller Kapal
Hal ini tidak mungkin karena jika tidak ada slip berarti tidak ada percepatan air yang disebabkan oleh baling-baling untuk menciptakan gaya dorong. Karena kemungkinan nilai Sr bisa nol, maka teori ini tidak cocok untuk menjelaskan fenomena baling-baling kapal. Teori ini berpandangan bahwa baling-baling adalah alat untuk mempercepat pergerakan air ke tempatnya di depan bilah baling-baling (di belakang kapal).
Dari segi teori momentum, baling-baling disamakan dengan jenis propulsi jet karena slip stream yang dipercepat mundur adalah jet stream. Teori elemen sudu menggunakan metode penjumlahan gaya dan momen yang bekerja pada setiap penampang sudu (aerofil) sepanjang radius airfoil. Hasil perkalian (T.VA) adalah tenaga kuda yang diberikan oleh baling-baling dalam bentuk gaya dorong.
Eksperimen ini merupakan model kapal eksperimen yang dilengkapi dengan model baling-baling dan dapat bergerak secara mandiri di dalam tangki eksperimen sesuai dengan kecepatan tertentu. Dengan menambah luas bilah baling-baling dengan memperbesar setiap bilah, beban pada setiap bilah berkurang. Model baling-baling ditempatkan dalam terowongan berisi air dengan tekanan fluida yang dapat diatur, sehingga model baling-baling tampak bekerja sesuai dengan bagian baling-baling sebenarnya.
Dengan menggunakan terowongan ini, dimungkinkan untuk menentukan nilai dorong, torsi, efisiensi baling-baling pada nilai slip dan kavitasi yang berbeda. Terdapat lampu strobo sebagai pengganti baling-baling yang menyala dan mati secara bergantian setiap kali baling-baling berputar, terlihat seperti diam.
Kerugian dari Propeller
Proses Perhitungan Computational Fluid Dynamic .1 Pre-processor (tahapan persiapan)
- Processor/Solver
- Persamaan konservasi massa atau kontinuitas
- Hukum konservasi momentum
- Post Processor (tahap penyelesaian)
- Keunggulan software Solidwork dengan software lain
Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa laju pertambahan massa sebelum reaksi terjadi pada suatu unsur fluida sama dengan laju pertambahan setelah reaksi terjadi pada fluida (Ompianus Sinuraya, 2011). Hukum ini menyatakan bahwa "momentum total kedua benda sebelum tumbukan setelah tumbukan adalah sama". Pernyataan ini menyiratkan bahwa nilai momentum total saat benda bertumbukan adalah tetap atau tidak berubah (Ompianus Sinuraya, 2011).
Pada tahap penyelesaian ini yang dilakukan adalah membuat gambar, grafik bahkan animasi dengan pola warna yang diinginkan dari hasil perhitungan. Solidworks adalah salah satu software yang ada di dalam program Computational Fluid Dynamics yang dikembangkan oleh Solidworks Corporation yang merupakan anak perusahaan dari Dassault Systemes, S. Dan juga Solidwork adalah software CAD 3D yang dikembangkan oleh Solidwork Corporation yang sekarang dimiliki oleh Dassault Systems yang telah diakuisisi .
Software yang digunakan untuk membuat desain produk dari yang sederhana sampai yang kompleks seperti gear, cashing handphone, mesin mobil, dll. Software yang menjadi pilihan diantara software desain lainnya adalah Catia, Inventor dan Autocad. Bagian dapat menjadi komponen dalam perakitan, tetapi juga dapat ditampilkan dalam 2D pada gambar.
Assembly Merupakan dokumen dimana bagian, fitur dan rakitan lainnya (sub-assemblies) dirakit/dirangkai bersama. Drawing Merupakan tempat untuk membuat gambar teknik 2D/2D dari komponen (part) dan single assemblies yang telah kita buat.
Tampilan/ Graphic User Interface (GUI)-nya yang user-friendly
Tempat
Waktu
Alat penelitian
Diagram Alir
Tahap Awal
- Proses Pembuatan Propeller
- Proses membuat sudu propeller
- Proses Twist (memuntir) sudu propeller
Setelah Anda menentukan layer, gunakan sketsa untuk membuat dua lingkaran terlebih dahulu, lalu buat kotak di bawah lingkaran dalam, lalu potong bagian yang tidak perlu. Lalu masukan ukuran sesuai desain, lalu klik fitur extruded boss/base, lalu klik ok. Dengan cara klik pada sketsa kita membuat persegi panjang dengan panjang 40cm, lalu pilih garis tengah untuk membuat garis putus-putus tepat di tengah persegi panjang, lalu pilih spline yang berfungsi untuk membuat garis busur tidak beraturan sesuai keinginan kita, dan terakhir pilih unit cermin untuk membuat replika busur sehingga memiliki bentuk dan ukuran yang sama.
Klik fungsi trim entity untuk memotong atau menghapus garis yang tidak diperlukan atau diperlukan, lalu klik fillet sketsa untuk membuat busur di bagian bawah sketsa. Kembali ke menu properti, pilih Pola Melingkar yang berfungsi untuk menduplikat sketsa sebanyak yang Anda suka.
Tahap Kedua
- Mengaktifkan flow simulation 2012
- Toolbar Wizard
- Setelah dilakukan Wizard
Setelah kita klik selanjutnya akan muncul wizard satuan yang berfungsi untuk menentukan satuan yang akan digunakan, disini penulis akan menggunakan satuan SI (Satuan Internasional) kemudian klik next. Setelah klik next maka akan muncul menu wizard analisis, terdapat jenis analisis yaitu internal dan eksternal untuk pekerjaan ini, penulis memilih jenis analisis internal karena cairan yang digunakan akan mengalir dari inlet, dan tidak ada karakteristik fisik yang dipilih. Setelah mengklik Next, menu wizard cairan standar ditampilkan. Pada tahap ini proses penentuan cairan yang akan digunakan, pada tugas akhir ini penulis menggunakan cairan air, kemudian klik Next.
Fase awal dari conditions wizard adalah fase yang digunakan untuk menentukan kecepatan fluida sebelum dialirkan, lalu klik Next. Di tahap Wizard Hasil dan Geometri, di tahap Resolusi, tentukan ukuran jala, lalu klik Selesai. Simulasi aliran merupakan perangkat lunak yang penting karena pada tahap ini desain yang telah kita buat akan mengetahui kecepatan dan tekanan yang terjadi.
Tahap selanjutnya adalah Rotating Regions, tahap ini berfungsi untuk menentukan kapasitas aliran dan nilai tekanan statis. Kemudian klik Run, Run function untuk mengeksekusi hasil yang kita proyeksikan pada simulasi dengan data yang sudah selesai pada tahap sebelumnya.
Tahap ketiga
- Post Processor
- Probe
- Hasil dari flow simulation
Juga dari hasil simulasi Flow, klik menu flow trajectories untuk melihat arah aliran dan kecepatan pergerakan fluida.
Data Spesifikasi propeller
Hasil Simulasi
- Sudu Propeller dengan kemiringan 45˚
- Sudu Propeller dengan Kemiringan 60 ˚
- Sudu Propeller dengan Kemiringan 65˚
Detail baling-baling yang dirancang dan disimulasikan menggunakan Solidworks adalah sebagai berikut. Kecepatan tertinggi terjadi pada ujung sudu baling-baling, yang meningkatkan kecepatan aliran fluida pada ujung sudu baling-baling, menghasilkan kecepatan fluida tertinggi di daerah ini. Kecepatan fluida tertinggi adalah 27.496 m/s dan terletak di bagian luar sudu atau dapat dilihat pada gambar diatas pada daerah yang berwarna merah, sedangkan kecepatan fluida terendah adalah 5.585 m/s dan terletak di bagian belakang sudu. . baling-baling atau bisa dilihat pada foto diatas pada bagian yang berwarna biru.
Setelah kita mengetahui nilai kecepatan dari hasil simulasi, kita juga bisa mencari nilai tekanan dari hasil simulasi. Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa tekanan tertinggi adalah 227729,79 Pa, sedangkan tekanan terendah adalah 16106,49 Pa. Dari gambar diatas dapat kita lihat hasil simulasi gaya dorong dengan nilai maksimum N, sedangkan nilai minimum dari hasil simulasi yang didapat adalah N.
Kecepatan fluida tertinggi adalah 27,792 m/s yang terletak di bagian luar baling-baling atau dapat dilihat dari gambar di atas pada bagian merah, sedangkan kecepatan fluida terendah adalah 7,723 m/s yang terletak di sisi belakang baling-baling. baling-baling atau bisa dilihat pada gambar di atas pada bagian yang berwarna biru. Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa tekanan tertinggi adalah 236041,06 Pa dan tekanan terendah adalah 32643,13 Pa. Kecepatan fluida tertinggi adalah 27,587 m/s yang terletak di bagian luar sudu atau dapat dilihat dari gambar di atas pada bagian merah, sedangkan kecepatan fluida terendah adalah 6,754 m/s yang terletak di sisi belakang sudu. Pedang. baling-baling atau bisa dilihat pada gambar di atas pada bagian yang berwarna biru.
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa tekanan tertinggi adalah 178836,76 Pa, sedangkan tekanan terendah adalah 38566,93 Pa.
Grafik Perbandingan
Dari grafik diatas terlihat bahwa kecepatan tertinggi berada pada kemiringan 60˚ sedangkan kecepatan terendah berada pada kemiringan 45˚ dan 65˚. Dari grafik diatas terlihat bahwa tekanan tertinggi berada pada kemiringan 60˚ sedangkan tekanan terendah berada pada kemiringan 45˚ dan 65˚. Dari grafik diatas terlihat bahwa thrust tertinggi berada pada kemiringan 45˚ sedangkan thrust terendah berada pada kemiringan 60˚ dan 65˚.
Kavitasi pada Propeller
- Akibat yang Ditimbulkan oleh Kavitasi Propeller
- Pencegahan Kavitasi Propeller
Efisiensinya menurun, hal ini disebabkan sifat bentuknya yang aerofilik, yang tidak lagi dapat menghasilkan tenaga pendorong. Penggunaan bilah baling-baling tipe baji, yang dapat mengurangi terjadinya puncak tekanan rendah yang mencolok pada permukaan tulang belakang bilah baling-baling. Kecepatan terbaik yang diperoleh dari simulasi adalah 27.792 m/s pada kemiringan 60º, sedangkan tekanan terbaik yang dihasilkan dari simulasi ini adalah 236041,06 Pa pada kemiringan 60º dan juga menghasilkan tekanan terbaik dengan nilai N yaitu pada kemiringan 45˚ .
Kemiringan sudu baling-baling sangat berpengaruh terhadap nilai kecepatan, tekanan baling-baling dengan kemiringan 60˚ mendapatkan nilai terbaik antara kemiringan 45º dan 65˚. Lebar bilah baling-baling mempengaruhi ketahanan baling-baling karena permukaan belakang bilah baling-baling rentan terhadap kavitasi yang menyebabkan bilah baling-baling retak. Untuk masalah kekuatan material sehingga dapat disimulasikan untuk mengetahui seberapa jauh hambatan dari sekrup yang digunakan.
Maka selanjutnya dikembangkan simulasi serupa dalam proses pembelajaran karena ini sangat berguna dalam hal penelitian.
