Upload
vanthien
View
239
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
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)
Sudut Kemudi (derajat)
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
)
Sudut Kemudi (derajat)
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
ParameterSudut 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
ParameterSudut 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
ParameterSudut Kemudi
35 ͦ portside 35 ͦ starboard
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
Persentase penurunan
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
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 (%)
7 / 1 8 / 2 0 1 3
4 9
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 denganFlap Terhadap Kemudi Konvensional (%)