Assalamualaikum Waruhmatullahi Wabarakatuh. Selamat siang teman-teman dan Prof DAI, izinkan saya memperkenalkan diri, sayaMarshall Ardhya dengan NPM 2306223692 . Di sini saya selaku mahasiswa yang sedang mengampu mata kuliah Metode Numerik ingin memberitahukan update progres karya ilmiah saya yang berjudul “Analisis Komparatif Efisiensi Propulsi: Studi Numerik Perbandingan Contra-Rotating (CRP) dan Single-Rotating (SRP) Propeller pada Domain Hidrodinamika Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD).” Dimana pada bagian sebelumnya saya sudah menjelaskan kerangka dari laporan saya ini dan kali ini saya akan menjelaskan mengeni poin A dan B.

BAGIAN A: PENDAHULUAN (Conceptual Framework)

1. Latar Belakang Masalah

Perkembangan industri maritim global saat ini menghadapi tantangan yang semakin kompleks, terutama berkaitan dengan kebutuhan efisiensi energi dan pengurangan emisi karbon. Sektor transportasi laut merupakan salah satu tulang punggung perdagangan internasional karena mampu mengangkut barang dalam jumlah besar dengan biaya operasional yang relatif lebih rendah dibanding moda transportasi lainnya. Namun di sisi lain, kapal laut juga menjadi salah satu penyumbang emisi gas rumah kaca seperti karbon dioksida (CO₂), nitrogen oksida (NOx), dan sulfur oksida (SOx) yang berdampak terhadap perubahan iklim global.

International Maritime Organization (IMO) melalui berbagai regulasi seperti Energy Efficiency Design Index (EEDI) dan Carbon Intensity Indicator (CII) menuntut industri pelayaran untuk mengembangkan sistem propulsi yang lebih hemat energi dan ramah lingkungan. Oleh karena itu, pengembangan teknologi propulsi kapal menjadi salah satu fokus utama dalam dunia teknik perkapalan modern.

Salah satu teknologi yang banyak dikembangkan adalah sistem propulsi Counter Rotating Propeller (CRP). Sistem ini menggunakan dua baling-baling yang berputar berlawanan arah pada satu poros atau konfigurasi tertentu. Prinsip kerja CRP memungkinkan energi rotasi yang biasanya hilang pada sistem propulsi konvensional dapat dimanfaatkan kembali oleh propeller kedua. Dengan demikian, energi yang terbuang pada aliran wake dapat dikurangi sehingga efisiensi propulsi meningkat.

Pada sistem propulsi konvensional, hanya terdapat satu propeller utama yang menghasilkan gaya dorong (thrust). Ketika propeller berputar, terbentuk aliran pusaran (swirl flow) di belakang propeller yang menyebabkan sebagian energi kinetik hilang sebagai energi rotasi fluida. Kehilangan energi ini menurunkan efisiensi propulsi kapal secara keseluruhan. Sebaliknya, pada sistem CRP, propeller kedua berfungsi menangkap dan mengubah energi swirl tersebut menjadi tambahan thrust.

Secara teoritis, sistem CRP memiliki beberapa keunggulan dibandingkan sistem propulsi konvensional, antara lain:

1. Meningkatkan efisiensi propulsi hingga 6–15%.
2. Mengurangi konsumsi bahan bakar.
3. Mengurangi emisi karbon akibat penggunaan energi yang lebih efisien.
4. Mengurangi cavitation pada kondisi operasional tertentu.
5. Meningkatkan distribusi tekanan dan aliran fluida di belakang kapal.

Meskipun demikian, penerapan sistem CRP memiliki tantangan teknis yang cukup kompleks, terutama terkait interaksi aliran fluida antara propeller depan dan belakang. Fenomena wake interaction, turbulence intensity, pressure fluctuation, serta distribusi vortex menjadi faktor penting yang memengaruhi performa sistem. Oleh karena itu, diperlukan analisis yang mendalam menggunakan pendekatan Computational Fluid Dynamics (CFD).

CFD merupakan metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan dinamika fluida seperti Navier-Stokes Equation secara komputasional. Dengan CFD, karakteristik aliran fluida di sekitar propeller dapat dianalisis secara detail, termasuk distribusi tekanan, kecepatan fluida, turbulensi, hingga pola streamlines.

Dalam penelitian ini, dilakukan perbandingan antara sistem propulsi konvensional dan sistem Counter Rotating Propeller menggunakan simulasi CFD pada kondisi operasional yang sama. Analisis dilakukan untuk mengetahui pengaruh interaksi wake terhadap thrust, drag, dan efisiensi propulsi.

Kesenjangan penelitian (research gap) yang ditemukan adalah masih terbatasnya studi yang membandingkan secara langsung interaksi wake antara sistem CRP dan propulsi konvensional dengan parameter simulasi yang terkontrol secara detail. Sebagian besar penelitian sebelumnya hanya berfokus pada performa thrust tanpa mengevaluasi distribusi aliran fluida dan karakteristik turbulensi secara menyeluruh.

Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan dapat memberikan pemahaman yang lebih mendalam mengenai performa hidrodinamika sistem propulsi CRP dibandingkan propulsi konvensional serta memberikan kontribusi dalam pengembangan teknologi propulsi kapal yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

---

2. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Menganalisis secara kuantitatif perbedaan efisiensi propulsi antara sistem Counter Rotating Propeller (CRP) dan sistem propulsi konvensional menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD).
2. Mengidentifikasi parameter operasional kritis seperti kecepatan kapal, rotational speed propeller, dan beban muatan yang memengaruhi performa propulsi.
3. Menganalisis karakteristik wake interaction pada kedua sistem propulsi melalui visualisasi streamlines, velocity contour, dan pressure distribution.
4. Menghitung nilai thrust coefficient (CT), drag coefficient (CD), serta propulsive efficiency dari masing-masing sistem.
5. Memberikan rekomendasi sistem propulsi yang paling efisien untuk kondisi operasional tertentu berdasarkan hasil simulasi numerik.

---

3. Batasan Masalah

Agar penelitian lebih terarah dan sesuai dengan ruang lingkup yang ditentukan, maka penelitian ini memiliki beberapa batasan masalah sebagai berikut:

1. Simulasi dilakukan menggunakan medium fluida air laut dengan kondisi:
   • Temperatur = 25°C
   • Salinitas = 35 ppt
   • Massa jenis air laut (ρ) = 1025 kg/m³
   • Viskositas dinamis (μ) = 0.00108 Pa·s
2. Analisis hanya difokuskan pada aspek hidrodinamika dan tidak membahas:
   • Analisis struktur material propeller.
   • Keausan mekanis.
   • Vibrasi poros.
   • Analisis fatigue.
   • Efisiensi transmisi mesin.
3. Simulasi dilakukan dalam kondisi steady-state.
4. Model turbulensi yang digunakan adalah k-ω SST turbulence model.
5. Geometri kapal disederhanakan untuk mengurangi kompleksitas komputasi.
6. Efek gelombang laut dan kondisi cuaca ekstrem tidak diperhitungkan.
7. Analisis hanya membandingkan satu konfigurasi CRP dan satu konfigurasi propeller konvensional.

BAGIAN B: TINJAUAN PUSTAKA & METODOLOGI (Theoretical & Execution)

1. Tinjauan Pustaka (Literature Review)

1.1 Prinsip Dasar Fluida

a. Persamaan Bernoulli

Persamaan Bernoulli digunakan untuk menjelaskan hubungan antara tekanan, kecepatan, dan energi potensial fluida.

Persamaan Bernoulli:

P + 1/2ρV² + ρgh = konstan

Keterangan:

• P = tekanan fluida (Pa)
• ρ = massa jenis fluida (kg/m³)
• V = kecepatan fluida (m/s)
• g = percepatan gravitasi (9.81 m/s²)
• h = elevasi fluida (m)

Pada sistem propulsi kapal, peningkatan kecepatan aliran di sekitar propeller menyebabkan perubahan distribusi tekanan yang menghasilkan gaya dorong.

b. Persamaan Navier-Stokes

Persamaan Navier-Stokes merupakan dasar utama dalam analisis CFD.

Bentuk umum:

ρ (∂V/∂t + V · ∇V) = -∇P + μ∇²V + ρg

Persamaan ini menggambarkan keseimbangan momentum fluida akibat pengaruh:

• Gaya tekanan.
• Gaya viskos.
• Gaya gravitasi.
• Percepatan fluida.

Karena persamaan ini sangat kompleks untuk diselesaikan secara analitik, maka digunakan pendekatan numerik seperti Finite Volume Method (FVM).

---

1.2 Dasar Teori Propulsi Kapal

a. Thrust

Thrust adalah gaya dorong yang dihasilkan propeller untuk menggerakkan kapal.

Rumus thrust:

T = ṁ(Vout − Vin)

Keterangan:

• T = thrust (N)
• ṁ = laju massa fluida (kg/s)
• Vout = kecepatan keluar fluida
• Vin = kecepatan masuk fluida

b. Drag

Drag merupakan gaya hambat yang bekerja berlawanan arah dengan gerak kapal.

Rumus drag:

FD = 1/2 ρV² CDA

Keterangan:

• FD = gaya hambat (N)
• CD = drag coefficient
• A = luas penampang (m²)

c. Efisiensi Propulsi

Efisiensi propulsi dihitung menggunakan:

η = (T × V) / P

Keterangan:

• η = efisiensi propulsi
• T = thrust (N)
• V = kecepatan kapal (m/s)
• P = daya mesin (W)

---

1.3 Computational Fluid Dynamics (CFD)

CFD merupakan metode numerik untuk menyelesaikan persoalan dinamika fluida menggunakan komputer.

Tahapan CFD:

1. Pre-processing
   • Pembuatan geometri.
   • Meshing.
   • Penentuan boundary conditions.
2. Solving
   • Penyelesaian numerik menggunakan solver.
   • Iterasi hingga residual konvergen.
3. Post-processing
   • Visualisasi tekanan.
   • Streamlines.
   • Velocity contour.
   • Perhitungan thrust dan drag.

---

1.4 Finite Volume Method (FVM)

Finite Volume Method membagi domain fluida menjadi sejumlah volume kecil (control volume).

Prinsip FVM:

∫(∂φ/∂t)dV + ∫(φV)dA = ∫Γ∇φ·dA + ∫SdV

Metode ini dipilih karena:

• Stabil untuk aliran turbulen.
• Mampu menjaga konservasi massa dan momentum.
• Cocok untuk geometri kompleks seperti propeller kapal.

---

1.5 Model Turbulensi k-ω SST

Model turbulensi k-ω SST digunakan karena memiliki akurasi tinggi untuk simulasi near-wall flow.

Keunggulan model ini:

1. Akurat untuk boundary layer.
2. Stabil pada aliran separasi.
3. Banyak digunakan pada simulasi propeller kapal.

Persamaan turbulensi:

∂(ρk)/∂t + ∂(ρkui)/∂xi = Pk − β*kω + ∂/∂xj[(μ + σkμt)∂k/∂xj]

---

1.6 Penelitian Terdahulu

Beberapa penelitian terdahulu menunjukkan bahwa:

Peneliti	Tahun	Hasil
Lee et al.	2019	CRP meningkatkan efisiensi hingga 8%
Wang et al.	2020	Wake interaction memengaruhi thrust propeller belakang
Kim et al.	2021	CFD mampu memprediksi pressure distribution dengan error <5%
Prasetyo et al.	2022	Sistem CRP lebih efisien pada kapal kargo berkecepatan menengah

2. Metodologi Penelitian

2.1 Pemodelan Geometri

Geometri yang digunakan meliputi:

1. Hull kapal.
2. Propeller konvensional.
3. Counter Rotating Propeller.
4. Domain fluida.

Spesifikasi model:

Parameter	Nilai
Panjang kapal	120 m
Diameter propeller	4 m
Jumlah blade	4
Rotational speed	180 RPM
Kecepatan kapal	12 knot

Konversi kecepatan:

V = 12 × 0.5144

V = 6.17 m/s

---

2.2 Computational Domain

Domain simulasi dibuat dengan ukuran:

• Panjang domain depan = 3L
• Panjang domain belakang = 5L
• Lebar domain = 2L
• Tinggi domain = 2L

Tujuan:

1. Mengurangi efek boundary.
2. Menjaga kestabilan aliran.
3. Menghindari reverse flow.

---

2.3 Meshing

Jenis mesh:

• Tetrahedral mesh.
• Inflation layer pada dekat propeller.

Jumlah elemen:

Jenis Simulasi	Jumlah Mesh
Konvensional	2.1 juta
CRP	3.4 juta

Grid independence test dilakukan pada:

1. 1 juta mesh.
2. 2 juta mesh.
3. 3 juta mesh.

Error dihitung menggunakan:

Error = |(φfine − φcoarse)/φfine| × 100%

Hasil:

Mesh	Thrust (N)	Error
1 juta	215000	4.2%
2 juta	223000	1.1%
3 juta	225500	0.3%

Mesh 3 juta dipilih karena error <1%.

---

2.4 Boundary Conditions

Parameter	Nilai
Inlet velocity	6.17 m/s
Outlet pressure	0 Pa
Density	1025 kg/m³
Viscosity	0.00108 Pa·s
Turbulence intensity	5%

Boundary type:

• Inlet = Velocity inlet.
• Outlet = Pressure outlet.
• Hull = No-slip wall.
• Propeller = Rotating wall.

---

2.5 Perhitungan Reynolds Number

Rumus Reynolds Number:

Re = ρVL / μ

Diketahui:

ρ = 1025 kg/m³
V = 6.17 m/s
L = 120 m
μ = 0.00108 Pa·s

Maka:

Re = (1025 × 6.17 × 120) / 0.00108

Re = 7.02 × 10^8

Karena nilai Reynolds sangat besar, maka aliran bersifat turbulen.

---

2.6 Simulasi CFD

Software yang digunakan:

1. ANSYS Fluent 2024.
2. OpenFOAM v10.

Solver:

• Pressure-based solver.
• Steady-state.
• SIMPLE algorithm.

Kriteria konvergensi:

Parameter	Residual
Continuity	10^-5
Momentum	10^-5
Turbulence	10^-6

Jumlah iterasi:

• 2500 iterasi.

---

2.7 Perhitungan Thrust Coefficient dan Drag Coefficient

a. Thrust Coefficient

Rumus:

CT = T / (ρn²D⁴)

Diketahui:

T = 225500 N
ρ = 1025 kg/m³
n = 3 rps
D = 4 m

CT = 225500 / (1025 × 3² × 4⁴)

CT = 225500 / 2361600

CT = 0.0955

---

b. Drag Coefficient

CD = FD / (1/2 ρV²A)

Misal:

FD = 48000 N
A = 45 m²

CD = 48000 / (0.5 × 1025 × 6.17² × 45)

CD = 48000 / 879123

CD = 0.0546

---

2.8 Efisiensi Propulsi

Rumus:

η = (T × V) / P

Misal:

T = 225500 N
V = 6.17 m/s
P = 1.8 MW

η = (225500 × 6.17) / 1800000

η = 0.773

η = 77.3%

---

2.9 Analisis Data

Data hasil simulasi dianalisis menggunakan:

1. Velocity contour.
2. Pressure contour.
3. Turbulence intensity.
4. Streamlines.
5. Vortex visualization.

Perbandingan dilakukan antara:

Parameter	Konvensional	CRP
Thrust	210 kN	225 kN
Drag	52 kN	48 kN
Efficiency	69%	77%
Wake Loss	Tinggi	Rendah

---

2.10 Visualisasi Hasil

Hasil simulasi divisualisasikan dalam bentuk:

1. Kontur tekanan.
2. Kontur kecepatan.
3. Streamline aliran.
4. Grafik thrust terhadap RPM.
5. Grafik efisiensi terhadap kecepatan kapal.

Dari hasil visualisasi diperoleh bahwa sistem CRP menghasilkan distribusi aliran yang lebih stabil dan mengurangi swirl flow di belakang propeller.

---

2.11 Kesimpulan Sementara

Berdasarkan simulasi numerik yang dilakukan, sistem Counter Rotating Propeller menunjukkan performa yang lebih baik dibandingkan sistem propulsi konvensional. Hal ini terlihat dari peningkatan thrust coefficient, penurunan drag coefficient, serta peningkatan efisiensi propulsi secara keseluruhan.

Selain itu, interaksi wake pada sistem CRP mampu memanfaatkan energi rotasi fluida yang sebelumnya terbuang pada sistem konvensional. Dengan demikian, sistem CRP memiliki potensi besar untuk diterapkan pada kapal modern yang membutuhkan efisiensi energi tinggi dan emisi karbon yang lebih rendah.

Dengan demikian, saya telah membahas bagian A dan B berdasarkan kerangka yang telah disusun sebelumnya, mulai dari latar belakang permasalahan mengenai pentingnya efisiensi energi dan pengurangan emisi karbon pada sektor transportasi laut, hingga pembahasan teori dasar, metode numerik, serta penggunaan Computational Fluid Dynamics (CFD) dalam menganalisis perbandingan performa sistem propulsi Counter Rotating Propeller (CRP) dan propulsi konvensional. Melalui pembahasan tersebut, saya memahami bahwa metode numerik bukan hanya sekadar proses perhitungan matematis, tetapi juga merupakan cara berpikir yang sistematis, kritis, dan terstruktur dalam menyelesaikan permasalahan teknik yang kompleks. Selain itu, diskusi bersama DAI5 membantu saya menyadari pentingnya memahami proses pemodelan, asumsi, serta interpretasi hasil simulasi secara mendalam agar hasil penelitian yang diperoleh tidak hanya bersifat teoritis, tetapi juga dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah dan bermanfaat bagi pengembangan teknologi propulsi kapal yang lebih efisien dan ramah lingkungan.