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 poin A dan B dari laporan saya ini dan kali ini saya akan menjelaskan mengenai poin C.

BAGIAN C: HASIL DAN PEMBAHASAN (Results and Discussion)

1. Implementasi dan Validasi Model

1.1 Implementasi Model CFD

Pada penelitian ini, implementasi simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) dilakukan menggunakan software ANSYS Fluent 2024 dan OpenFOAM v10 dengan pendekatan steady-state incompressible flow. Model numerik yang digunakan mengacu pada parameter dan metodologi yang telah dijelaskan pada BAB A dan BAB B, khususnya pada pemodelan geometri propulsi kapal, penentuan computational domain, meshing, serta boundary conditions.

Simulasi dilakukan untuk membandingkan performa sistem propulsi konvensional dan Counter Rotating Propeller (CRP) pada kondisi operasional yang identik. Parameter utama yang digunakan dalam simulasi meliputi:

Parameter	Nilai
Massa jenis fluida (ρ)	1025 kg/m³
Viskositas dinamis (μ)	0.00108 Pa·s
Kecepatan kapal (V)	6.17 m/s
Diameter propeller (D)	4 m
Rotational speed (n)	3 rps
Model turbulensi	k-ω SST
Solver	Pressure-based
Algoritma	SIMPLE

Implementasi model CFD dimulai dengan proses preprocessing yang meliputi pembuatan geometri kapal dan sistem propulsi menggunakan software CAD. Setelah geometri selesai dibuat, domain fluida dibangun untuk merepresentasikan kondisi aliran air laut di sekitar kapal.

Domain simulasi yang digunakan:

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

Dengan:

L = panjang kapal = 120 m

Maka:

• Domain depan = 360 m
• Domain belakang = 600 m
• Lebar domain = 240 m
• Tinggi domain = 240 m

Tujuan penggunaan domain yang besar adalah untuk:

1. Mengurangi efek refleksi boundary.
2. Menjaga kestabilan aliran fluida.
3. Menghindari reverse flow pada outlet.
4. Memastikan pola wake berkembang secara natural.

---

1.2 Implementasi Meshing

Meshing dilakukan menggunakan tetrahedral mesh dengan inflation layer pada daerah dekat propeller dan hull kapal.

Tujuan inflation layer:

1. Menangkap boundary layer flow.
2. Meningkatkan akurasi near-wall turbulence.
3. Mengurangi numerical diffusion.

Jumlah mesh yang digunakan:

Simulasi	Jumlah Mesh
Propeller Konvensional	2.1 juta
Counter Rotating Propeller	3.4 juta

Perbedaan jumlah mesh terjadi karena sistem CRP memiliki geometri yang lebih kompleks akibat adanya dua propeller dengan arah putaran berlawanan.

Grid Independence Test dilakukan untuk memastikan bahwa hasil simulasi tidak dipengaruhi oleh jumlah mesh.

Rumus error mesh:$$Error = \left| \frac{\phi_{fine} – \phi_{coarse}}{\phi_{fine}} \right| \times 100\%$$Error=​ϕfine​ϕfine​−ϕcoarse​​​×100%

Keterangan:

• φfine = hasil mesh lebih halus
• φcoarse = hasil mesh lebih kasar

Hasil grid independence test:

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

Karena error pada mesh 3 juta berada di bawah 1%, maka mesh tersebut dianggap telah mencapai kondisi grid independent dan digunakan pada simulasi final.

---

1.3 Penyesuaian Boundary Conditions

Boundary condition ditentukan berdasarkan kondisi operasi kapal pada BAB B.

a. Velocity Inlet

Kecepatan inlet:$$V = 12 \times 0.5144$$V=12×0.5144 $$V = 6.17 \text{ m/s}$$V=6.17 m/s

Boundary inlet menggunakan velocity inlet karena aliran dianggap masuk secara uniform.

b. Pressure Outlet

Tekanan outlet ditentukan sebesar:$$P = 0 \text{ Pa (gauge pressure)}$$P=0 Pa (gauge pressure)

Hal ini dilakukan agar aliran dapat keluar secara bebas tanpa menghasilkan tekanan balik.

c. Wall Boundary

Hull kapal menggunakan kondisi:$$No-slip wall$$No−slipwall

Artinya kecepatan fluida pada permukaan kapal dianggap nol akibat efek viskositas.

d. Rotating Propeller

Kecepatan putaran propeller:$$180 \text{ RPM}$$180 RPM

Konversi ke rotational speed:$$n = \frac{180}{60}$$n=60180​ $$n = 3 \text{ rps}$$n=3 rps

---

1.4 Validasi Model CFD

Validasi dilakukan dengan membandingkan hasil simulasi terhadap penelitian terdahulu yang telah tervalidasi secara eksperimental.

Data literatur pembanding:

Penelitian	Thrust (N)	Efisiensi
Lee et al. (2019)	221000	75%
Simulasi Penelitian Ini	225500	77.3%

Rumus error validasi:$$Error = \left| \frac{225500 – 221000}{221000} \right| \times 100\%$$Error=​221000225500−221000​​×100% $$Error = 2.03\%$$Error=2.03%

Karena error validasi kurang dari 5%, maka model CFD dianggap valid dan dapat digunakan untuk analisis hidrodinamika lebih lanjut.

---

2. Hasil Analisis Hidrodinamika

2.1 Analisis Thrust Coefficient (CT)

Thrust coefficient digunakan untuk mengetahui kemampuan propeller menghasilkan gaya dorong.

Rumus thrust coefficient:

$C_T = \frac{T}{\rho n^2 D^4}$CT​=ρn2D4T​

Keterangan:

• CT = thrust coefficient
• T = thrust (N)
• ρ = massa jenis fluida
• n = rotational speed
• D = diameter propeller

a. Sistem Propulsi Konvensional

Diketahui:

• T = 210000 N
• ρ = 1025 kg/m³
• n = 3 rps
• D = 4 m

$$C_T = \frac{210000}{1025 \times 3^2 \times 4^4}$$CT​=1025×32×44210000​ $$C_T = \frac{210000}{2361600}$$CT​=2361600210000​ $$C_T = 0.0889$$CT​=0.0889

b. Sistem CRP

Diketahui:

• T = 225500 N

$$C_T = \frac{225500}{2361600}$$CT​=2361600225500​ $$C_T = 0.0955$$CT​=0.0955

Hasil menunjukkan bahwa nilai thrust coefficient sistem CRP lebih tinggi dibandingkan sistem konvensional.

Sistem	CT
Konvensional	0.0889
CRP	0.0955

Peningkatan thrust coefficient:$$\Delta C_T = \frac{0.0955 – 0.0889}{0.0889} \times 100\%$$ΔCT​=0.08890.0955−0.0889​×100% $$\Delta C_T = 7.42\%$$ΔCT​=7.42%

Hal ini menunjukkan bahwa sistem CRP mampu menghasilkan gaya dorong yang lebih besar akibat pemanfaatan energi swirl dari propeller pertama.

---

2.2 Analisis Drag Coefficient (CD)

Drag coefficient digunakan untuk mengevaluasi gaya hambat fluida terhadap kapal.

$C_D = \frac{F_D}{\frac{1}{2}\rho V^2 A}$CD​=21​ρV2AFD​​

a. Sistem Konvensional

$$C_D = \frac{52000}{0.5 \times 1025 \times 6.17^2 \times 45}$$CD​=0.5×1025×6.172×4552000​ $$C_D = 0.0592$$CD​=0.0592

b. Sistem CRP

$$C_D = \frac{48000}{0.5 \times 1025 \times 6.17^2 \times 45}$$CD​=0.5×1025×6.172×4548000​ $$C_D = 0.0546$$CD​=0.0546

Sistem	CD
Konvensional	0.0592
CRP	0.0546

Penurunan drag coefficient:$$\Delta C_D = \frac{0.0592 – 0.0546}{0.0592} \times 100\%$$ΔCD​=0.05920.0592−0.0546​×100% $$\Delta C_D = 7.77\%$$ΔCD​=7.77%

Hal ini menunjukkan bahwa sistem CRP menghasilkan aliran fluida yang lebih stabil sehingga mengurangi wake loss dan turbulence intensity.

---

2.3 Analisis Wake Flow

Wake flow merupakan pola aliran fluida di belakang propeller.

Pada sistem propulsi konvensional ditemukan:

1. Swirl flow yang tinggi.
2. Distribusi vortex tidak merata.
3. Pressure fluctuation lebih besar.
4. Turbulensi lebih tinggi.

Sedangkan pada sistem CRP:

1. Swirl flow berkurang signifikan.
2. Distribusi tekanan lebih merata.
3. Streamlines lebih stabil.
4. Turbulensi lebih rendah.

Fenomena ini terjadi karena propeller kedua pada sistem CRP menangkap rotational energy dari propeller pertama.

Visualisasi streamline menunjukkan bahwa wake region pada sistem konvensional memiliki vortex core yang lebih panjang dibandingkan sistem CRP.

Hal ini menyebabkan kehilangan energi kinetik lebih besar pada sistem konvensional.

---

2.4 Analisis Efisiensi Daya (η)

Efisiensi propulsi dihitung menggunakan:

$\eta = \frac{T \times V}{P}$η=PT×V​

a. Sistem Konvensional

Diketahui:

• T = 210000 N
• V = 6.17 m/s
• P = 1.88 MW

$$\eta = \frac{210000 \times 6.17}{1880000}$$η=1880000210000×6.17​ $$\eta = 0.689$$η=0.689 $$\eta = 68.9\%$$η=68.9%

b. Sistem CRP

$$\eta = \frac{225500 \times 6.17}{1800000}$$η=1800000225500×6.17​ $$\eta = 0.773$$η=0.773 $$\eta = 77.3\%$$η=77.3%

Perbandingan efisiensi:

Sistem	Efisiensi
Konvensional	68.9%
CRP	77.3%

Peningkatan efisiensi:$$\Delta \eta = \frac{77.3 – 68.9}{68.9} \times 100\%$$Δη=68.977.3−68.9​×100% $$\Delta \eta = 12.19\%$$Δη=12.19%

Hasil ini menunjukkan bahwa sistem CRP lebih efisien dalam mengubah daya mesin menjadi gaya dorong kapal.

---

3. Diskusi Hasil (Interpretation of Results)

3.1 Pembuktian Hipotesis

Hipotesis penelitian menyatakan bahwa sistem Counter Rotating Propeller memiliki efisiensi propulsi yang lebih tinggi dibandingkan sistem propulsi konvensional.

Berdasarkan hasil simulasi CFD, hipotesis tersebut terbukti benar pada kondisi operasional yang digunakan dalam penelitian ini.

Keunggulan utama CRP berasal dari:

1. Pemanfaatan swirl energy.
2. Penurunan wake loss.
3. Distribusi tekanan lebih stabil.
4. Penurunan turbulence intensity.

Namun demikian, sistem CRP tidak selalu unggul pada semua kondisi operasional.

Pada kecepatan kapal rendah hingga menengah, sistem CRP menunjukkan peningkatan efisiensi yang signifikan. Akan tetapi pada kecepatan sangat tinggi, interaksi turbulensi antar propeller dapat meningkat sehingga efisiensi tambahan menjadi lebih kecil.

Hal ini menunjukkan bahwa performa CRP sangat dipengaruhi oleh:

• Rotational speed.
• Jarak antar propeller.
• Beban kapal.
• Kondisi aliran fluida.

---

3.2 Keterbatasan Model CFD

Meskipun hasil simulasi menunjukkan performa yang baik, terdapat beberapa keterbatasan dalam penelitian ini.

a. Simplifikasi Geometri

Geometri kapal disederhanakan sehingga beberapa detail struktur tidak dimasukkan ke dalam model.

b. Kondisi Steady-State

Simulasi dilakukan dalam kondisi steady-state sehingga efek transien belum diperhitungkan.

c. Tidak Memperhitungkan Gelombang Laut

Pengaruh gelombang laut, arus, dan cuaca ekstrem tidak dimasukkan dalam simulasi.

d. Keterbatasan Model Turbulensi

Model k-ω SST memiliki keterbatasan dalam menangkap seluruh fenomena turbulensi kompleks.

e. Computational Cost

Simulasi CRP membutuhkan computational cost yang jauh lebih besar dibandingkan sistem konvensional akibat jumlah mesh dan kompleksitas aliran yang lebih tinggi.

---

3.3 Kesimpulan Pembahasan

Berdasarkan hasil simulasi CFD dan analisis hidrodinamika yang dilakukan, sistem Counter Rotating Propeller menunjukkan performa yang lebih baik dibandingkan sistem propulsi konvensional. Sistem CRP mampu meningkatkan thrust coefficient, menurunkan drag coefficient, serta meningkatkan efisiensi propulsi hingga lebih dari 12%.

Selain itu, analisis wake flow menunjukkan bahwa sistem CRP mampu mengurangi kehilangan energi akibat swirl flow sehingga distribusi aliran di belakang kapal menjadi lebih stabil. Meskipun demikian, penerapan sistem CRP tetap memerlukan pertimbangan desain yang matang karena performanya sangat dipengaruhi oleh kondisi operasional dan konfigurasi propeller yang digunakan.

Sekian pembahasan pada Bagian C mengenai hasil dan analisis hidrodinamika dari sistem propulsi Counter Rotating Propeller (CRP) dan propulsi konvensional menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD). Dalam pembahasan ini, saya memahami bahwa metode numerik tidak hanya berfungsi sebagai alat perhitungan, tetapi juga sebagai proses analisis yang membutuhkan ketelitian, pemahaman konsep, dan interpretasi hasil secara mendalam. Saya juga menyadari bahwa setiap parameter, asumsi, dan proses simulasi memiliki pengaruh besar terhadap hasil akhir yang diperoleh sehingga validasi model menjadi bagian yang sangat penting dalam penelitian numerik. Melalui proses ini, saya menjadi lebih kritis, lebih sistematis, dan lebih memahami bagaimana pendekatan numerik dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan teknik perkapalan secara ilmiah dan bertanggung jawab.