Proposal Tugas Akhir Analisa Ukuran Layar Kapal Ikan Jenis ... file1 Latar belakang • Kenaikan...

LOGO

Analisis Ukuran dan Bentuk Layar Kapal Ikan Jenis Purse Seine;

Studi kasus KM Maju

Yogi Rianto4106100088

Dosen Pembimbing :Ahmad Nasirudin, S.T.,M.Eng

JURUSAN TEKNIK PERKAPALANFAKULTAS TEKNOLOGI KELUATAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

LOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGOTugas Akhir

Pendahuluan

Latar belakang1

• Kenaikan Harga BBM• lebih dari 50 persen ongkos produksi

nelayan tradisional adalah biaya membeliBBM (Suara Merdeka, 14 Maret 2011)

• Penentuan ukuran layar didasarkan daripengalaman yang turun temurun (IwanK,2006)


Pendahuluan

Perumusan Masalah2

3Bagaimana analisa untuk mendapatkanukuran dan bentuk layar yang dapat bekerjasecara optimal untuk menghasilkan Thrustterbesar pada KM Maju. Sehingga dapatmengurangi besarnya tingkat konsumsi bahanbakar main engine kapal.

4


Pendahuluan

Batasan Masalah3

• Model/bentuk layar yang dianalisis adalah bentuk”eksis” dari layar KM Maju dengan memvariasikanbentuk layar utama (main sail).

• Layar utama (main sail) divariasikan terbatas padabentuk segitiga, persegi panjang dan trapesium.

• Analisis yang dilakukan terhadap gaya dorong layardibatasi pada arah angin dari belakang kapal (downwind) dengan posisi 90º terhadap arah angin (angle ofattack, ) serta kapal bergerak dengan arah 180ºterhadap arah angin (apparent wind angle, )


Pendahuluan

Tujuan4

3

• Untuk mendapatkan ukuran dan bentuk layar yangdapat bekerja secara optimal untuk menghasilkanThrust terbesar pada KM Maju.

• Untuk mendapatkan besarnya penghematan bahanbakar pada KM Maju pada saat menggunakan layar.

4


Pendahuluan

Manfaat5

1. Menjadi masukan bagi pihak nelayan agar mempertimbangkan pemakaian layar guna mereduksi tingkat konsumsi bahan bakar.

2. Menjadi referensi bagi Balai Besar Pengembangan Penangkapan Ikan (BBPPI) Kementrian Kelautan dan Perikanan dalam menentukan kapal yang hemat BBM dan ramah lingkungan untuk nelayan di Indonesia

LOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGO Diagram AlirTugas Akhir

KESIMPULAN

Perhitungan gaya dorong layar variasi

Validasi hasil perhitungandengan pengukuran di

lapangan

Perhitungan penghematan bahan bakar

Studi Literatur

Pengumpulan data

PerhitunganHambatan

Dengan metode numerikenggunakan simulasiCFD

Pengujian kapal dan layar di lapangan

Metode Holtrop danVan Oortmeersendengan softwareMaxsurf


Data KM Maju (hasil survey)1

KM MajuL : 14.5mB : 4.06mH : 1.61mT : 0.55m

DATA


Lines Plan KM Maju1

DATA

LOGOTugas Akhir

Foto KM Maju (Hasil Survey)

LOGOTugas Akhir

Pengujian di Lapangan

Ukuran Layar Eksis

• Fore Sail (segitiga) = 18,6 m2

• Main Sail (Trapesium) =21,21 m2

• Mizzen Sail (Segitiga) = 5,16 m2

LOGOTugas Akhir

Lokasi Pengujian

Lokasi Pantai Kraksaan (google map)

LOGOTugas Akhir

Sail Arrangement

LOGOTugas Akhir

Set up Layar di KM Maju

LOGOTugas Akhir

Hasil Pengujian di Lapangan

Kecepatan Angin (Knot) Kecepatan Kapal (Knot)3,6 1,54 1,5

4,5 1,54,7 1,55 1,8

5,1 25,4 2,25,6 2,25,8 2,25,9 2,36,2 2,36,3 2,46,4 2,46,6 2,46,8 2,46,9 2,57 2,5

7,1 2,57,2 2,6

Kecepatan Angin (Knot) Kecepatan Kapal (Knot)7,3 2,67,4 2,67,5 2,87,6 2,87,7 2,97,8 2,97,9 38 3,1

8,1 3,18,2 3,78,3 3,78,4 3,78,6 3,88,8 3,99 4

9,1 49,4 4,210 4,3

LOGOTugas Akhir

Hasil Pengujian di Lapangan (lanjutan)

y = 0,713e0,186x

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 2 4 6 8 10 12

Kec

epat

an K

apal

(Kno

t)

Kecepatan Angin ( Knot)

Grafik Kecepatan angin - Kecepatan kapal

LOGOTugas Akhir

Perhitungan Hambatan Kapal

Model badan kapalTeknik imagebackgroundmendapatkan bentuk3D badan kapal yang diinginkan

Prosentase selisih nilaihambatan model Maxsurf danpengujian Towing tank rata –rata ± 2.68% (A.S. Anwar, 2010)

LOGOTugas Akhir

Hasil Perhitungan Hambatan Kapal

Kecepatan kapal(knot) ( kN )

1 1 0,052 2 0,193 3 0,394 4 0,665 5 1,026 6 1,567 7 2,768 8 3,889 9 8,9710 10 15,58

NoRT

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10 12

Ham

bata

n(k

N)

Kecepatan kapal ( knot )

Hambatan

WWRCkCSV W

AFtot 121R 2

T


Variasi Ukuran main sail

PERHITUNGAN GAYA DORONG LAYAR

Bentuk Trapesium (eksis) Persegi Panjang SegitigaLuas (m2) 21,21 21,21 21,21Chord/lebar (m) 5,00 4,24 5,66Span/tinggi (m) 5,50 5,00 7,5


Pemodelan CFD


Analisa CFD :Pre processorSolver ( proses running program )Post processor ( hasil )Validasi

Grid IndependenceHasil pengujian lapangan

Pembuatan geometri kapal dan layarAuto cad 3D

Model wire frameModel surface


Lanjutan


Import model 3D Auto cad keprogram Ansys ICEM CFD

Pendefinisian bagian – bagian:

Inlet ( 1 x L kapal )Outlet ( 1 x L kapal )Wall ( 3 x L kapal )KapalLayar


Lanjutan


MeshingElement tetrahedral digunakan untuk model unstruktural


Lanjutan


ICEM CFD CFXPenentuan kondisi batas(Boundary Condition)Penentuan fluid propertiesSolverPendapatan hasil gaya – gayaLift dan Drag layarVisualisasi hasil


Lanjutan


Penentuan boundary condition :Inlet : resultan vektor kecepatan fluidaOutlet : average static pressure 0 PaWall : free slip (nilai shear stress = 0, kecepatan fluida tidakmengalami perlambatan)Kapal dan layar : no slip (kecepatan fluida mengalami perlambatan sesuaitingkat kekasaran model)


Lanjutan


Fluid properties Fluid type : udara pada 25˚ CTurbulensi : k-epsilon

Solver


Lanjutan


Hasil gaya – gayaLift : resultan gaya yang tegak lurus dari arah aliran fluidaDrag : resultan gaya yang searah dengan arah aliran fluida


VALIDASI - GRID INDEPENDENCE


476

478

480

482

484

486

488

490

3000000 3500000 4000000 4500000

Gay

a D

rag

(N)

Jumlah Meshing

Grid Independece

GridIndependece

Penentuan jumlah elemen dalam pemodelan CFD

(Grafik grid independence)


GAYA LIFT DAN DRAG SIMULASI


NO Kecepatan angin (knot) DRAG (N) LIFT (N) FR FH

1 3 44,1259 0,0263022 180 44,1259 -0,02632 4 78,4458 0,0481407 180 78,4458 -0,04813 5 122,575 0,0771899 180 122,575 -0,07724 6 176,561 0,114602 180 176,561 -0,11465 7 240,325 0,158837 180 240,325 -0,15886 8 313,9 0,210791 180 313,9 -0,21087 9 397,409 0,272212 180 397,409 -0,27228 10 490,633 0,340374 180 490,633 -0,3404

Tabel Nilai driving force,FR dan heeling force,FH main sail trapesium (eksis)


KONTRIBUSI KECEPATAN MODEL LAYAR CFD


Kecepatan Angin(knot)

1 42 53 64 75 86 97 10

3,0273,373

1,2031,5181,9042,2522,620

NoKecepatan kapal (knot)

Trapesium


PERBANDINGAN KONTRIBUSI KECEPATANMODEL LAYAR CFD & LAPANGAN


y = 0,713e0,186x

y = 0,647e0,171x

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 2 4 6 8 10 12

Kec

epat

an k

apal

(kno

t)

Kecepatan angin (knot)

Trapesium(lapangan)

Trapesium(CFD)


Penyebab Perbedaan CFD & Lapangan

ANALISIS GAYA DORONG LAYAR

• Idealisasi Chamber

menghasilkan gaya dorong yang kecil danefisiensi yang rendah. (Fajar A.W ,2010)

• kesalahan perhitungan CFD antara 10% sampai 20% biasa terjadi. (Miyata. H., Lee, Y.W., 1999)

layar dianggap pelat datar (chamber 0 %)


Perbandingan kontribusi kecepatanvariasi main sail

ANALISIS GAYA DORONG LAYAR

Kecepatan Angin(knot) Trapesium P.panjang Segitiga

1 4 1,203 1,205 1,2032 5 1,518 1,521 1,5193 6 1,904 1,907 1,9044 7 2,252 2,255 2,2525 8 2,620 2,624 2,6206 9 3,027 3,031 3,0287 10 3,373 3,377 3,375

No Kecepatan kapal (knot)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

3 4 5 6 7 8 9 10 11

Kec

epat

an k

apal

(kno

t)

Kecepatan Angin (knot)

Trapesium (eksis)

Persegipanjang

Segitiga


Perhitungan Penghematan BBM

Kondisi Waktu TempuhJika memakai mesin 15,35 liter 12,8 mill laut 1 jam 46 menit 7,1125 knotJika memakai layar 3,07 liter 12,8 mill laut 2 jam 8 menit 3 Knot

Konsumsi BBM Jarak Tempuh Kec. Rata2

Konsumsi BBM kapal (jika memakai mesin tanpa layar) selama 1 bulan = 15,35liter x 2(pp) x 30 hari = 921 liter/bulan/kapalMenggunakan layar 3,07 liter x 2 (pp) x 30 hari = 184,2 liter/bulan

Jadi penggunaan layar pada KM Maju dapat melakukan

penghematan BBM sebesar 20 %.

PENGHEMATAN BAHAN BAKAR


KESIMPULAN

PENUTUP

• Bentuk main sail persegi panjang memiliki konstribusi yang paling besar dibandingkan dengan bentuk trapesium dan segitiga

• penggunaan layar dapat menghemat penggunaan BBM sebesar 20 %

LOGO

Sekali Layar Terkembang, Pantang Biduk Surut ke Pantai

LOGOTugas Akhir

Dampak Kenaikan BBM

LOGOTugas Akhir

Lanjutan…..

Driving Force, FR

FR = L sin – D cosHeeling Force, FH

FH = L cos + D sin

LOGOTugas Akhir

Kecepatankapal

(knot) ( N ) Vangin 3 knot Vangin 4 knot Vangin 5 knot Vangin 6 knot Vangin 7 knot Vangin 8 knot Vangin 9 knot Vangin 10 knot1 1 50 5,8741 28,4458 72,575 126,561 190,325 263,9 347,409 440,6332 2 190 145,8741 111,5542 67,425 13,439 50,325 123,9 207,409 300,6333 3 390 345,8741 311,5542 267,425 213,439 149,675 76,1 7,409 100,6334 4 660 615,8741 581,5542 537,425 483,439 419,675 346,1 262,591 169,3675 5 1020 975,8741 941,5542 897,425 843,439 779,675 706,1 622,591 529,3676 6 1560 1515,8741 1481,5542 1437,425 1383,439 1319,675 1246,1 1162,591 1069,3677 7 2760 2715,8741 2681,5542 2637,425 2583,439 2519,675 2446,1 2362,591 2269,3678 8 3880 3835,8741 3801,5542 3757,425 3703,439 3639,675 3566,1 3482,591 3389,3679 9 8970 8925,8741 8891,5542 8847,425 8793,439 8729,675 8656,1 8572,591 8479,36710 10 15580 15535,874 15501,5542 15457,425 15403,439 15339,675 15266,1 15182,591 15089,367

NoRT F = FR - RT (N)

Kecepatankapal

(knot) ( N ) Vangin 3 knot Vangin 4 knot Vangin 5 knot Vangin 6 knot Vangin 7 knot Vangin 8 knot Vangin 9 knot Vangin 10 knot1 1 50 0,000250826 0,001214646 0,00309898 0,005404202 0,008126948 0,011268628 0,014834493 0,0188151932 2 190 0,006228878 0,00476341 0,00287907 0,00057385 0,002148896 0,005290576 0,008856441 0,0128371413 3 390 0,014768953 0,01330348 0,01141915 0,00911392 0,00639118 0,0032495 0,000316367 0,0042970664 4 660 0,026298053 0,02483258 0,02294825 0,02064302 0,01792028 0,0147786 0,01121273 0,007232035 5 1020 0,041670187 0,04020471 0,03832038 0,03601516 0,03329241 0,03015073 0,02658487 0,022604176 6 1560 0,064728387 0,06326291 0,06137858 0,05907336 0,05635061 0,05320893 0,04964307 0,045662377 7 2760 0,115968833 0,11450336 0,11261903 0,11031381 0,10759106 0,10444938 0,10088351 0,096902818 8 3880 0,163793249 0,16232778 0,16044344 0,15813822 0,15541547 0,15227379 0,14870793 0,144727239 9 8970 0,38113814 0,37967267 0,37778833 0,37548311 0,37276037 0,36961869 0,36605282 0,3620721210 10 15580 0,663387596 0,66192212 0,66003779 0,65773257 0,65500982 0,65186814 0,64830228 0,64432158

Kontribusi Percepatan (m/s2)No

RT

F = m x aFR - RT = x a

LOGOTugas Akhir

Visualisasi variasi main sail

main sail Persegi panjang main sail Segitigamain sail Trapesium

LOGOTugas Akhir

Lanjutan

Analisa Resistance

Analisa resistancedengan metode“Holtrop” dan “van Oortmeersen”Range kecepatan (0 – 10 knot)

(Grafik resistance model)

WWRCkCSV W

AFtot 121R 2

T

LOGOTugas Akhir

Lanjutan

K epsilon

1. metode K-Eps diperuntukkan untuksimulasi fluida untuk kasus yang baikuntuk memprediksi aliran untuk daerahdi Free Stream velocity tanpa gangguandasar laut

2. metode K-omega diperuntukkan untukdaerah simulasi fluida yang di dekatdasar laut akibat morfologi dasar laut.

3. sedangkan metode K-omega itu terdiridari BSL dan SST, SST biasanyadigunakan untuk permukaan dasar lautyang mempunyai kekasaran tinggi.

RANS (reynold average navier stoke)

LOGOTugas Akhir

Lanjutan

Analisa Stabilitas

Kriteria stabilitas mengacu pada peraturan FAO/ILO/IMOVoluntary Guidelines for the Design,Construction, and Equipmentof Small Fishing [2005]

Kondisi pemuatan mengacu IMO (International Maritime Organization), Intact Stability for All Types of Ships Covered by IMO Instruments Resolution A.749 (18) untuk kapal ikan

LOGOTugas Akhir

Lanjutan

Kondisi Pemuatan

• Kondisi 1 : kapal berangkat dari pelabuhan ke fishing ground. Padakondisi ini, muatan kapal (ikan) masih kosong. BBM, provision,espendingin dan air tawar dalam keadaan penuh.

• Kondisi 2 : kapal berangkat dari fishing ground. Pada kondisi ini, muatanpenuh, BBM, provision, air tawar tinggal 25 %.

• Kondisi 3 : kapal tiba di home port dengan kondisi BBM, provision, airtawar tinggal 10 % dan muatan penuh.

• Kondisi 4 : kapal tiba di home port dengan kondisi BBM, provision, air tawar tinggal 10 % dan muatan minimum (muatan 20 %).

LOGOTugas Akhir

Lanjutan

Kriteria stabilitas

• Luas di bawah kurve lengan pengembali (kurva GZ) sampai sudut 30˚ tidakkurang dari 0.055 m.rad

• Luas dibawah kurva lengan pengembali (kurva GZ) sampai sudut 40˚, tidakkurang dari 0.090 m.rad

• Luas di bawah kurva lengan pengembali (kurva GZ) antara sudut 30˚ dan sudut40˚ atau antara sudut 30˚ dan sudut downflooding ( f) jika sudut tersebutkurang dari 40˚, tidak kurang dari 0.030 m.rad

• Lengan pengembali GZ pada sudut oleng sama atau lebih dari 30˚ minimal0.20 m

• Lengan pengembali maksimum terjadi pada oleng tidak boleh kurang dari 25˚• Tinggi metacenter awal (GM0) tidak boleh kurang dari 0.35 m

LOGOTugas Akhir

Lanjutan

1 2 3 41 Area 0 to 30 0,055 m.deg 0,356 0,229 0,229 0,0982 Area 0 to 40 0,090 m.deg 0,545 0,366 0,366 0,1773 Area 30 to 40 0,030 m.deg 0,188 0,137 0,138 0,0804 Max GZ at 30 or greater 0,200 m 1,110 0,798 0,799 0,5635 Angle of maximum GZ 25 deg 42 40 40 546 Initial GM 0,35 m 0,900 1,783 1,784 0,893

Status Pass Pass Pass Pass

No Kriteria IMO UnitKondis i

Stabilitas awal



No Kriteria IMO UnitKondis i

Stabilitas + layar trapesium

LOGOTugas Akhir

Lanjutan

Stabilitas + layar persegi panjang

Stabilitas + layar segitiga



No Kriteria IMO UnitKondisi



No Kriteria IMO UnitKondisi

LOGOTugas Akhir

Lanjutan


DAFTAR PUSTAKA

• Adik W,F (2010), Tugas Akhir , Analisis Desain Layar Menggunakan SimulasiComputational Fluid Dynamics dan Pengujian pada Wind Tunnel, ITS, Surabaya.

• C. A. Marchaj (1982), Sailing Theory and Practice, New York, United State.• Direktorat Proyek Pengembangan Kurikulum Dikmenjur Direktorat Pendidikan Menengah

Kejuruan Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen PendidikanNasional. 2003. “Menghitung Stabilitas Kapal”. Jakarta.

• Doyle, T dkk (2002), Annual research, Towards sail-shape optimization of a modern clippership, center for turbulence research.

• Fujiwara, dkk (2003), National Maritime Research Institute, On AerodynamicCharacteristics of a Hybrid Sail with Square Soft Sail, Tokyo.

• FAO/ILO/IMO (2005), Voluntary Guidelines for the Design, Construction and Equipment ofSmall Fishing Vessels.

• H. Miyata, Y.-W. Lee (1999), Application of CFD simulation to the design of sails, Journalof Marine Science and Technology, Vol.4, 163-17

• Harvald, S A (1983), Resistance and Propulsion of Ships, John Wiley and Sons, Toronto,Canada.

• Hasanudin (2008), Modul Pelatihan Maxsurf, FTK, ITS, Surabaya.• Kurniawan, I (2006), Tugas Akhir, Studi Penentuan Jumlah dan Jenis Layar yang Optimal

pada Sistem Propulsi Kombinasi Layar dan Motor pada Kapal Kayu Penangkap Ikan“Cahaya Bone”, ITS, Surabaya.


DAFTAR PUSTAKA

• Lewis Edward V, 1988. “Principle of Naval Architecture”, second revision, vol I. Stability andStrength. The society of Naval Architecture and marine Engineering, 601, PavoniaAvenue, Jersey city, NJ.

• LPPM ITS, (2010), Modul Training CFD, ITS, Surabaya.• Maruta Jaya 900, (2005). <http://www.songlinecruises.com/WindjammerReliefEffort.php >.• Muhsin Aydin and Aydin Salci, Oktober. 2008. Resistance Characteristics of Fishing Boats

Series of ITU, Marine Technology Vol. 45, No. 4, pp. 194–210.• Nasirudin,A (2002), Tugas Akhir, Desain Layar Simulasi CFD, ITS, Surabaya.• Pike, D (1993), Motor Sailing, Adlard Coles Nautical, London.• Sahrun,T (1998),Membangun Kapal Ikan Secara Praktis, Jakarta• Syariful A,A (2010),Tugas Akhir, Analisa Teknis Pemasangan Layar Sebagai Alat Penggerak

Bantu Pada Kapal General Cargo KM. Belitung, ITS, Surabaya.• Versteeg H.K and Malalasekera W (1995), An Introduction to Computational Fluid

Dynamics, Longman Scientific & Technical, England.• Yoshimura, Y, (2002), A Prospect of Sail-Assisted Fishing Boats, The Japaneses Society

Fisheries Science.

Proposal Tugas Akhir Analisa Ukuran Layar Kapal Ikan Jenis ... file1 Latar belakang • Kenaikan...

Documents

Transcript of Proposal Tugas Akhir Analisa Ukuran Layar Kapal Ikan Jenis ... file1 Latar belakang • Kenaikan...