analisa pengaruh skew angle terhadap performa … · drag-nya. pergerakan dari hidrofoil ini...

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 Masalah

Propeller 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 skew dan balance skew selain itu juga dibedakan lagi berdasarkan sudutnya yaitu after skew propeller dan forward skewpropeller. 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 angle terhadap

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 Propeller

Dalam 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 sidedan 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 thrust dan torsi pada propeller terbentuk dari gaya angkat dan drag pada foil propeller dengan posisi radial. Dengan kata lain total thrustmerupakan 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 untuk thrust 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 waterpropeller test sendiri mempunyai pengertian yaitu dimana analisa ini dilakukan padakeadaan propeller tanpa menggunakan kapalatau 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 testsetiap 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 tip sendiri 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 skew dan balance skew, biased skew memiliki pengertian blade reference line yang terbentuk akibat sudut skew yang diberikan memiliki kelengkungan tertentu pula sedangkan balanced skewpropeller 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 propeller serta very highly skew propeller.

Gambar 2.4 bias skew dan balance skew

Dimensi dari skew angle secara linear dinotasikan SKi dan dapat diproyeksikan (i) sebagai section, sudut αi (radians), Radius (Ri) serta pitch angle (θi) sehingga dapat dirumuskan skew angle sebagai berikut,

AVJ

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-chordyang 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 chordterhadap 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_indibuat 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 meshing terhadap 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 stationary dan wall dimana setiap subdomainmempunyai karakteristik sendiri, berikutnya membuat domain 2 yang mempunyai karateristik rotating dan terdiri dari subdomain inlet_in, wall_in, Outlet_in, poros rotating, face dan back dan setiap subdomain

ini juga memiliki karakteristik sendiri-sendiri. Bagian yang mempunyai hubungan antar domain seperti inlet_in, outlet_in dan wall_innantinya akan di interface dengan 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 pre tadi.

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 anglepropeller dengan mendapatkan nilai-nilai dari thrust, torsi dan 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 backpropeller 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 pressuredari 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 metodepenyelesaiannya 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 – CzBlades : 3, 4, 5Pitch Ratio : 0.60-2.00Area Ratio : 0.50-1.10Skew Angles : 25 30 35 degrees

Dengan diameter sekitar 12” – 24” dan diaplikasikan untuk kapal cepat maka dengan data kapal sebagai berikut,

Panjang Kapal (LOA) : 8, 00 MeterLebar Kapal ( B) : 2, 20 MeterTinggi Lambung (H) : 1, 10 MeterSyarat Kapal ( T) : 0, 45 MeterEngine : 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 thrust dapat 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 LiftF = 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 pressurediambila nilai yang sejajar sumbu putar yaitu pressure di sumbu x. Sedangkan area yang diambil adalah luasan bagian face dan backdari propeller. Setelah itu ditambahkan kedua

nilai dari lift face dan back tersebut, maka resultan gaya lift adalah.

Flift = [Fface + Fback]

Force DragF = τ x A

Dimana, F = Force Drag(N)τ = Wallshear (Pa)A= Area (m2)

Nilai wallshear dan area diambil 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 backdari propeller. Maka resultan gaya dragadalah.

Fdrag = [Fface + Fback]

1. Thrust

T = Flift cosθ – Fdrag sinθ (4)

Dimana, T = thrustFlift = gaya liftFdrag = gaya dragθ = sudut daun dari P/D

2. TorsiQ = Flift sinθ + Fdrag cosθ (5)

Dimana, Q = torsiFlift = gaya liftFdrag = gaya dragθ = sudut daun dari P/D

3. Efisiensi

Dimana, �0 = efisiensiT = 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 sebesar 5.14 m/s dan untuk nilai kecepatan

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 bladeDxx : 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 4.754460.6 10271.56 3481.68 8.455900.8 10255.84 3222.65 12.162131 10253.51 3095.83 15.82186

1.2 10254.26 3024.42 19.43591



1.2 10103.66 2963.80 19.54216



1.2 10079.60 2956.49 19.54384



1.2 10074.62 2953.29 19.55534



1.2 10100.69 2959.24 19.56652



1.2 29873.72 8574.00 26.63098



1.2 29035.04 8303.91 26.7252



1.2 28913.98 8269.73 26.7238


J Thrust (N) Torsi (Nm) Efisiensi (%)0.4 28726.97 10085.11 7.25720.6 28706.72 8963.60 12.23920.8 28736.13 8543.91 17.1381

1 28762.97 8342.26 21.96091.2 28783.68 8230.50 26.7302



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 anglememilki 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 thrustterendah adalah skew 27˚. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik 4.1.

Pada analisa thrust propeller dengan diameter 40cm terhadap variasi skew anglememiliki trendline menurun. Model skewangle 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 grafik4.2.

IV.6.2 Torsi Model Skew Propeller Terhadap Skew Angle

Pembahasan nilai torsi diameter 30 cm terhadap variasi skew angle memiliki trendline turun saat skew angle 0˚. kemudian terus menurun hingga skew angle 29°. Propeller dengan skew angle 0˚ 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 anglememiliki 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 Kesimpulan

Berdasarkan percobaan dan simulasi yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :1. Dengan semakin besar variasi sudut skew

angle maka nilai thrust dan 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 angle 0° dan yang terkecil 29°.

3. Pada propeller dengan diameter 40 cm yang memiliki nilai thrust dan torsi terbesar adalah propeller dengan skew angle 0° dan yang terkecil 29°.

4. Nilai effisiensi propeller memilikitrendline naik semakin besar sudut skew maka nilai efisiensi semakin besar pula, hal ini berbanding terbalik dengan nilaithrust dan 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 angle 0°.

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 angle 0°.

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.

8. (http://fauzanahmad.wordpress.com/cfd/)

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

Thru

st (N

)

Skew angle

Variasi thrust D 30 terhadap skew angle

J 0.4

J 0.6

J 0.8

J 1

J 1.228400,00

28600,00

28800,00

29000,00

29200,00

29400,00

29600,00

29800,00

30000,00

Skew 0 Skew23

Skew25

Skew27

Skew29

Thru

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 Skew23

Skew25

Skew27

Skew29

Tors

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

Tors

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.

4,720004,730004,740004,750004,760004,770004,780004,790004,800004,810004,82000


Efis

iens

i

Skew Angle

Variasi Efisiensi D 30 terhadap skew angle pada J 0.4

J 0.4

7,215007,220007,225007,230007,235007,240007,245007,250007,255007,260007,26500


Efis

iens

i

Skew Angle

Variasi Efisiensi D 40 terhadap skew angle pada J 0.4

J 0.4

analisa pengaruh skew angle terhadap performa … · drag-nya. pergerakan dari hidrofoil ini...

Documents