analisa penggunaan flap pada modifikasi kemudi … · lift force dan coefficient lift pada masing...

7 / 1 8 / 2 0 1 3

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.

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2

DIAGRAM ALUR PENGERJAAN TUGAS AKHIRDIAGRAM 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

Apakah modifikasi kemudi menyerupai bentuk ekor ikan dapat mempengaruhi maneuverability kapal ?

NEXT

7 / 1 8 / 2 0 1 3

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 denganmenggunakan software solid work, dilakukan pengujian denganmemberikan sudut kemudi maksimal dan pengaruh fluida untukmemdapatkan nilai lift dan coefficient lift dengan menggunakansoftware CFD.

NEXTPREV

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4

Pembahasan

Dari hasil analisa data kita akan mendapatkan perbandingan nilailift force dan coefficient lift pada masing masing kemudi, serta

kita akan mendapatkan nilai advance dan tactical diameter untukmengetahui pengaruh pada maneuverability kapal

Penarikan Kesimpulan

Penarikan kesimpulan dari hasil pembahasan analisa data sebelumnya. Apakah modifikasi kemudi menyerupai bentuk ekor ikan dapat mempengaruhi

maneuverability kapal

NEXTPREV

7 / 1 8 / 2 0 1 3

5

Latar Belakang• 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 padadaerah poros baling-baling.

• kapal yang menggunkan daun kemudi yang sudah dimodifikasidengan menggunakan flap memiliki Maneuverability yang lebihbaik dibandingkan kapal yang menggunakan kemudikonvensional atau tanpa flap

7 / 1 8 / 2 0 1 3

6

Rumusan Masalah

• Bagaimana hasil modifikasi kemudi konvensional menjadikemudi ekor ikan dengan flap tunggal?

• Bagaimana perbandingan nilai lift dan coefficient lift yang dihasilkan oleh kemudi konvensional dengan kemudi hasilmodifikasi melalui pendekatan program CFD?

• Bagaimana pengaruh modifikasi bentuk kemudi kepadaManeuverability kapal?

7 / 1 8 / 2 0 1 3

7

Maksud dan Tujuan Penulisan

• Memperoleh bentuk dari kemudi menyerupai ekor ikandengan flap tunggal.

• Memperoleh data perbandingan nilai lift dan coefficient lift yang dihasilkan oleh kemudi konvensional dengankemudi hasil modifikasi melalui pendekatan CFD.

• Memperoleh data Maneuverability kapal dengankemudi konvensional dan kemudi hasil modifikasi.

7 / 1 8 / 2 0 1 3

8

Hipotesis Penulisan• Rudder yang sudah dimodifikasi menjadi kemudi ekor

ikan dengan flap tunggal memiliki coefficient lift yanglebih besar sehingga dapat meningkatkanManeuverability dibandingkan kemudi konvensional.

• Bagian tengah kemudi yang sejajar dengan porosmemilki kecepatan aliran paling kecil dibandingkanbagian atas dan bawah.

7 / 1 8 / 2 0 1 3

9

Batasan MasalahPenulisan

1. Ukuran kapal dan kemudi sudah ditentukan sesuai data percobaansebelumnya.

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

3. Tidak dibahas tentang konstruksi dari desain, serta biayapembuatan alat

4. Mengabaikan factor Stabilitas dan seakeeping kapal.

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 0

Kemudi Kapal

c panjang chord bt tinggi kemudi pada triling edgeb panjang span bf tinggi kemudi pada leading edget tebal maksimum ct panjang chord kemudi pada top sided posisis tongkat kemudi cb panjang chord kemudi pada bottom sideAr luas area kemudi tt tebal section pada top side

tb tebal section pada bottom side

TINJAUAN PUSTAKA

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 1

MACAM-MACAM BENTUK EKOR IKAN

TINJAUAN PUSTAKA

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 2

Kemudi Tanpa Flap Kemudi DenganFlap

KEMUDI KONVENSIONAL DAN KEMUDI FLAP TUNGGAL

TINJAUAN PUSTAKA

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 3

GAYA YANG BEKERJA PADA KEMUDI

TINJAUAN PUSTAKA

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 4

Teori Gerak Maneuver Kapal

• Turning ability

• straight line stability

• directional stability

• Stopping ability

kemampuan kapal untuk berputar karenaadanya gaya dari daun kemudi.

perubahan arah gerakan kapal sebagaiakibat pengaruh gaya-gaya luar namuntanpa gaya dari daun kemudi

kemampuan kapal untuk tetapmempertahankan arah gerakannya

kemampuan kapal untuk berhenti (motor penggeraknya dimatikan) setelahmelakukan gerakan steady turning padakecepatan penuh

TINJAUAN PUSTAKA

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 5

Turning ability – Advance : jarak yang ditempuh oleh

center of gravity mulai gerakan awalhingga (biasanya) mencapai perubahan90˚.

– Transfer : perpindahan kedudukancentre of gravity dari posisi awal hinggaperubahan arah tertentu secara lateral (melebar).

– Tactical diameter : besarnyaperpindahan dari posisi awal hinggaperubahan arah 180˚. Biasannya tactical diameter ini dirasiokan dengan panjangkapal.

– Diameter of steady turning circle : adalah diameter lintasan sejak keadaansetimbang pada saat membelok.

– Turning rate : besarnya derajat belokantiap detik dari kapal.

TINJAUAN PUSTAKA

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 6

Tahapan TurningTahapan Turning Kapal• tahap persiapan

dimulai ketika kapal mulai bergerak lurus dari kondisi diam hingga mencapaikecepatan yang diinginkan. Pada tahap ini tidak ada belokan oleh kemudi. tahapan ini berakhir ketika kemudi mulai dibelokkan.

• tahap pertamadimulai ketika kemudi mulai dibelokkan sehingga membentuk sudut yang diinginkan.

• tahap keduaTahap ini dimulai ketika kemudi kapal telah mencapai sudut belokanmaksimum yang dipertahankan.

• tahap ketigaPada tahap ini terjadi keseimbangan gaya sehingga membuat kapal berbelokdengan jari-jari tetap atauu sering disebut dengan fase steady turning

TINJAUAN PUSTAKA

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 7

TINJAUAN PUSTAKA

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 lebihdari 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 lebihdari 25 derajat.

Kemampuan stopping Panjang lintas tes stopping dengan kecepatan penuh tidak lebih dari 15 kali panjang kapal.

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 8

TINJAUAN PUSTAKA

CFD

Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakanmetode penghitungan dengan sebuah kontroldimensi luas dan volume dengan memanfaatkanbantuan komputasi komputer untuk melakukanperhitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya.

Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3 bagian utama:• Prepocessor• Processor• Post processor

7 / 1 8 / 2 0 1 3

1 9

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 konvensionaldengan model NACA 0018 dan ukuran sebagai berikuti:

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

METODOLOGI PENELITIAN

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 0

Pembuatan Model kemudi

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 1

CFD (FLUENT)

Prosesmeshing model geometri, pengaturanbentuk danukuran mesh

Pembuatangeomatri, danpenamaanbagiangeometri

Geometri Mesh Setup Solution

Nilai force, coefficient force, coefficient drag, gambarcontour force pada bidanguji

Pemilihan sifatmaterial uji, menetukankondisi batas, mengaturparameter kontrolsoulusi, melakukanperhitungan / iterasi

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 2

Click Pembuatan Geometri1

CFD (FLUENT)

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 3

CFD (FLUENT)

Dilakukan proses mehing pada kemudi dan kotak fluida. Dengan cara mengatur bentukdan ukuran minimum serta maximum. Serta penentuan posisi inlet dan outlet

Meshing Geometri2

no Min Size Max Sixe Element force (n)1 0.0175 0.56 678027 22385.8342 0.0170 0.544 701659 22472.6373 0.0165 0.528 730564 22629.1894 0.0160 0.512 762337 22681.687

22300

22400

22500

22600

22700

675000 700000 725000 750000

independent mesh …

Untuk mmendapatkan ukuran meshing terlebih dahulu dilakuakan pengkuran untukmenentukan independent mesh dangan memvariasikan 4 ukuran meshing agar dapatmengetahui ukuran mesh berapa yang tidak lagi mempengaruhi niali akhir yangdiharapkan

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 4

CFD (FLUENT)

INLET OUTLET

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 5

CFD (FLUENT)

• Pemilihan sifat material ujiuntuk pengujian kali ini fluida yang digunakan adalah air laut dengandensity 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 digunakanadalah 150

• melakukan perhitungan / iterasi

Setup3

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 6

CFD (FLUENT)

• Setelah perhitunganatau iterasi telahcomplate kita dapatmemperoleh nilai daripressure, force, coefficient force, coefficient drag, gambar pressure contour pada bidanguji

Solution4

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 7

DATA NILAI LIFT & COEFFICIENT LIFT

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 8

MENENTUKAN NILAI MANEUVERABILITYMenentukan nila Steady Turning Radius1

• 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

• Fase steady turning

7 / 1 8 / 2 0 1 3

2 9

MENENTUKAN NILAI MANEUVERABILITYMenentukan nila Steady Turning Radius1

• Burcher . Development in Ship Manoeuvrability,” Trans RIN. 1971

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 0

MENENTUKAN NILAI MANEUVERABILITYMenentukan nila Tactical diameter, Advance, Transfer2

• lyster, C.A., and knights, H.L., Predisction Equation for ship’s Turning Circles, Trans, NECIES, 1979

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 1

DATA NILAI MANEUVERABILITY

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 2

50

100

150

200

250

300

350

400

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Turn

ing

Dia

mte

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

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 3

150

170

190

210

230

250

270

290

310

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Adva

nce

(m)


Nilai Advance Setiap Jenis Kemudi

Konv+ flap

Ikan1+ flap

Ikan2 + flap

Konv + Non flap

Ikan1 + Non flap

Ikan2 + Non flap

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

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 4

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

Tact

ical

Dia

mte

r (m

)


Nilai Tactical Diameter Setiap Jenis Kemudi

Konv+ flap

Ikan1+ flap

Ikan2 + flap

Konv + Non flap

Ikan1 + Non flap

Ikan2 + Non flap152.22

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

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 5

10

30

50

70

90

110

130

150

170

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Tran

sfer

(m)

Sudut kemudi (derajat)

Nilai Transfer Setiap Jenis Kemudi

Konv+ flap

Ikan1+ flap

Ikan2 + flap

Konv + Non flap

Ikan1 + Non flap

Ikan2 + Non flap

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

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 6

• Dari hasil pengujian diatas diketahui bahwa kemudi ikan 1 dengan flap yang memilikimaneuverability yang paling bagus.

• Untuk kemudi ikan 1 dengan flap nilai advance dan turning diameter pada sudut kemudi10 derajat mengalami penurunan sebesar 23.5% dan 37.2%. pada sudut 20 derajatmengalami penurunan sebesar 11.5% dan 23.8%. pada sudut 35 derajat juga mengalamipenurunan sebesar 5.9% dan 16.3% terhadap kemudi konvensional.

PEMBAHASAN

• Pengaruh bentuk modifikasi kemudi terhadap maneuverability tidak jauh berbeda karenapenggunaan luas area ketiga jenis kemudi sama . Dan juga karena aliran fluida yang linear.

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 7

PEMBAHASAN

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 8

Nilai maneuverability

Data kapal model:Panjang : 1.165 mLebar : 22.1 mSarat : 7.12 mKecepatan : 0.6 m/sLuas Kemudi : 0.001759 m2

ParameterSudut Kemudi

35 ͦ portside 35 ͦ starboard

Advance (cm) 245.085 245.567

Tranverse (cm) 120.366 120.863

Tactical Diametr (cm) 227.19 228.437

Turning diameter (cm) 211.19 212.127

VALIDASI

7 / 1 8 / 2 0 1 3

3 9

LHI

TA Rizky

MPP

VALIDASI



Advance (cm) 312.14 318.39

Tranverse (cm) 129.28 140.93


Turning diameter (cm) 177 205



Advance (cm) 244.99 231.81

Tranverse (cm) 101.47 102.61


Turning diameter (cm) 138.92 149.25



Advance (cm) 295 295

Tranverse (cm) 129 129

Tactical Diametr (cm) 275 275

Turning diameter (cm) 200 200

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 0

TURNING CIRCLE PORTSIDE

VALIDASI

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 1

TURNING CIRCLE STARBOARD

VALIDASI

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 2

• Modifikasi kemudi yang menghasilkan maneuverability paling baik adalah modifikasiikan 1 dengan flap tunggal. Kemudi ini dapat menigkatkan nilai lift hingga 40%dibandingkan kemudi konvensional.

• Bagian tengah kemudi yang sejajar dengan poros mendapatkan kecepatan aliranpaling kecil dibandingkan bagian atas dan bawah kemudi

• Berdasarkan hasil validasi penggunaan rumus pendekatan dengan pengaruhcoefficient lift yang merupakan hasil analisa program CFD terhadap free running testmodel dan juga program MPP, menghasilkan nilai rata-rata perbedaan dari Advancesebesar 13% , Tactical Diameter 14%, Turning Radius 16 %, dan Transfer 10%.

KESIMPULAN

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 3

SARAN

• Dapat digunakan bentuk ekor ikan yang lebihbervariasi.

• Penggunaan meshing yang baik.

• Aliran kemudi yang digunakan disesuaikan denganaliran propeller.

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 4

"Kebaikan itu tidak akan mendatangkan kecualikebaikan juga." (HR. Al-Bukhari dan Muslim dari Abu Sa'id Al-Khudri)

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 5

dengan pengurangan area kemudi sebesar 5% makakenaikan nilai advance rata-rata 3.2%, kenaikan nilaiTactical diameter 6.2%

pengurangan luas area sebesar 11%, kenaikan nilaiadvance rata-rata 8.2%, kenaikan nilai Tactical diameter16.6%

PEMBAHASAN

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 6

-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 tanpaFlap Terhadap Kemudi Konvensional (%)

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 7

-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


Perubahan Nilai Advance Kemudi tanpa Flap Terhadap Kemudi Konvensional (%)

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 8

0 5 10 15 20 25

kemudi

Konvensional+flap (10'), 22.46687074



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


Perubahan Nilai Advance kemudi dengan flap Terhadap Kemudi Konvensional (%)

7 / 1 8 / 2 0 1 3

4 9

0 5 10 15 20 25 30 35 40

kemudi




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


Perubahan Nilai Turning Diameter Kemudi denganFlap Terhadap Kemudi Konvensional (%)

analisa penggunaan flap pada modifikasi kemudi … · lift force dan coefficient lift pada masing...

Documents