A. Project Title

Analisis Pengaruh Tractor Propeller terhadap Performa Kapal Menggunakan Metode Numerik dan Computational Fluid Dynamics (CFD)

B. Author Complete Name

Athallah Tsaqif Nirmolo
NPM: 2406344220

C. Affiliation

Program Studi Teknik Perkapalan
Fakultas Teknik
Universitas Indonesia

D. Abstract

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh penggunaan tractor propeller terhadap performa propulsi kapal dengan menggunakan pendekatan metode numerik dan Computational Fluid Dynamics (CFD). Tractor propeller merupakan konfigurasi propeller yang ditempatkan di depan sistem propulsi sehingga menerima aliran fluida yang relatif lebih bersih dibandingkan konfigurasi pusher propeller konvensional. Analisis numerik dilakukan untuk menghitung parameter performa propeller berupa advance coefficient (J), thrust (T), torque (Q), dan efisiensi propeller (η₀). Simulasi CFD digunakan untuk memahami karakteristik aliran fluida, distribusi tekanan, pola wake flow, dan tingkat turbulensi di sekitar propeller. Hasil perhitungan menunjukkan nilai advance coefficient sebesar 0,576, thrust sebesar 180 kN, torque sebesar 80 kNm, dan efisiensi propeller sebesar 51,6%. Hasil analisis menunjukkan bahwa tractor propeller memiliki potensi peningkatan efisiensi sekitar 3–5% dibandingkan pusher propeller akibat kondisi aliran masuk yang lebih seragam dan stabil. Visualisasi CFD memperlihatkan distribusi kecepatan yang lebih merata, tekanan yang lebih simetris, serta intensitas turbulensi yang lebih rendah. Penelitian ini menunjukkan bahwa kombinasi metode numerik dan CFD dapat digunakan secara efektif untuk memahami performa sistem propulsi kapal dan mengevaluasi potensi penggunaan tractor propeller pada desain kapal modern.

E. Author Declaration

1. Deep Awareness of I

Sebagai mahasiswa teknik, penulis menyadari bahwa ilmu pengetahuan merupakan sarana untuk memahami fenomena alam yang telah diciptakan oleh Tuhan Yang Maha Esa. Melalui proyek ini, penulis mempelajari bagaimana prinsip-prinsip fisika, matematika, dan mekanika fluida dapat digunakan untuk menjelaskan perilaku sistem propulsi kapal. Kesadaran tersebut mendorong penulis untuk menjalankan penelitian dengan penuh tanggung jawab, kejujuran akademik, dan rasa syukur atas kesempatan untuk mempelajari ilmu yang bermanfaat bagi pengembangan teknologi maritim.

2. Intention

Proyek ini dilaksanakan dengan tujuan untuk memahami pengaruh konfigurasi tractor propeller terhadap performa kapal melalui pendekatan metode numerik dan CFD. Selain untuk memenuhi capaian pembelajaran mata kuliah Metode Numerik, penelitian ini bertujuan meningkatkan pemahaman mengenai hubungan antara karakteristik aliran fluida, efisiensi propeller, dan performa propulsi kapal. Hasil penelitian diharapkan dapat menjadi referensi awal dalam pengembangan sistem propulsi kapal yang lebih efisien dan berkelanjutan.

F. Introduction

Background

Sistem propulsi merupakan salah satu komponen utama dalam performa operasional kapal. Efisiensi sistem propulsi sangat mempengaruhi konsumsi energi, kecepatan kapal, serta performa manuver kapal saat beroperasi di laut. Salah satu komponen utama pada sistem propulsi adalah propeller yang berfungsi menghasilkan thrust untuk menggerakkan kapal.

Pada umumnya, kapal menggunakan konfigurasi pusher propeller, yaitu propeller yang ditempatkan di belakang badan kapal dan bekerja dengan mendorong aliran fluida. Namun, terdapat konfigurasi lain yaitu tractor propeller, di mana propeller ditempatkan di depan sistem propulsi sehingga bekerja dengan menarik aliran fluida menuju badan kapal.

Perbedaan posisi propeller menyebabkan perbedaan karakteristik aliran fluida yang diterima propeller. Tractor propeller menerima aliran yang relatif lebih bersih karena belum terganggu oleh wake dari badan kapal. Kondisi ini diperkirakan dapat meningkatkan efisiensi propulsi serta memperbaiki distribusi tekanan pada blade propeller.

Dalam penelitian ini, analisis dilakukan menggunakan pendekatan metode numerik dan Computational Fluid Dynamics (CFD). Metode numerik digunakan untuk menghitung parameter performa propeller seperti advance coefficient, thrust, torque, dan efisiensi propeller. Sementara itu, CFD digunakan untuk membantu memahami pola aliran fluida dan distribusi tekanan di sekitar propeller.

Melalui penelitian ini diharapkan dapat dipahami pengaruh penggunaan tractor propeller terhadap performa propulsi kapal dibandingkan dengan konfigurasi propeller konvensional.

Initial Thinking (about the Problem):

Permasalahan utama yang mendasari penelitian ini adalah belum optimalnya efisiensi sistem propulsi kapal konvensional akibat gangguan aliran dari wake badan kapal. Pada konfigurasi pusher propeller, aliran yang menuju propeller telah mengalami defisit kecepatan dan turbulensi akibat gesekan antara air dengan lambung kapal. Hal ini menyebabkan penurunan advance coefficient (J) dan efisiensi propeller.

Penelitian sebelumnya oleh Carlton (2019) dan Molland (2011) telah membahas secara teoritis potensi keunggulan tractor propeller, namun masih terbatas pada aplikasi pesawat terbang dan kapal-kapal tertentu. Sementara itu, studi komparatif sistematis antara kedua konfigurasi menggunakan metode numerik dan CFD masih relatif terbatas, khususnya dalam konteks pendidikan dan pemahaman dasar di tingkat sarjana. Oleh karena itu, penelitian ini hadir untuk mengisi celah tersebut dengan memberikan analisis kuantitatif dan kualitatif mengenai pengaruh posisi propeller terhadap performa propulsi, sekaligus mendemonstrasikan implementasi metode numerik dan CFD dalam pemecahan masalah teknik kelautan.

Theoretical Foundation

1. Propeller Kapal

Propeller kapal merupakan alat yang digunakan untuk mengubah energi rotasi menjadi gaya dorong atau thrust sehingga kapal dapat bergerak maju. Propeller terdiri dari beberapa daun (blade) yang dipasang pada poros (shaft) dan berputar di belakang atau di depan kapal. Performa propeller dipengaruhi oleh bentuk blade, putaran propeller, diameter, dan kondisi aliran fluida yang diterima.

Prinsip kerja propeller didasarkan pada Hukum Newton III tentang aksi-reaksi. Ketika propeller memutar daunnya, fluida di sekitar propeller didorong ke belakang, menghasilkan gaya reaksi berupa thrust yang mendorong kapal ke depan.

2. Tractor Propeller dan Pusher Propeller

Pusher propeller bekerja dengan mendorong aliran fluida dari belakang kapal. Pada konfigurasi ini, propeller menerima aliran yang telah dipengaruhi wake badan kapal sehingga distribusi aliran menjadi kurang seragam. Pusher propeller merupakan konfigurasi yang paling umum digunakan pada kapal konvensional.

Tractor propeller, sebaliknya, ditempatkan di depan sistem propulsi sehingga menerima aliran yang lebih stabil dan belum terganggu wake kapal. Oleh karena itu, tractor propeller diperkirakan memiliki efisiensi yang lebih baik. Konfigurasi ini sering ditemukan pada pesawat terbang, tetapi juga memiliki potensi aplikasi pada kapal, terutama pada kapal dengan desain khusus.

Berikut adalah karakteristik utama kedua konfigurasi:

Karakteristik	Pusher Propeller	Tractor Propeller
Posisi	Di belakang badan kapal	Di depan sistem propulsi
Aliran masuk	Terganggu wake kapal	Relatif bersih
Efisiensi	Standar	Potensi lebih tinggi
Kompleksitas instalasi	Sederhana	Lebih kompleks

3. Advance Coefficient

Advance coefficient digunakan untuk menggambarkan karakteristik kerja propeller terhadap aliran fluida.

$J=\frac{V_A}{nD}$J=nDVA​​

di mana:

• $J$J = advance coefficient
• $V_A$VA​ = advance velocity
• $n$n = putaran propeller (rps)
• $D$D = diameter propeller
  

4. Thrust dan Torque Coefficient

Thrust propeller dihitung menggunakan persamaan:

$T=K_T\rho n^2{D}^4$T=KT​ρn2D4

Sedangkan torque dihitung menggunakan:

$Q=K_Q\rho n^2{D}^5$Q=KQ​ρn2D5

5. Efisiensi Propeller

Efisiensi open water propeller dihitung dengan:

${\eta }_0=\frac{J{K}_T}{2\pi K_Q}$η0​=2πKQ​JKT​​

Efisiensi propeller menunjukkan kemampuan propeller mengubah daya menjadi gaya dorong.

6. Computational Fluid Dynamics (CFD)

Computational Fluid Dynamics atau CFD merupakan metode simulasi numerik yang digunakan untuk menganalisis perilaku fluida. CFD bekerja dengan menyelesaikan persamaan fluida seperti continuity equation dan persamaan Navier-Stokes menggunakan pendekatan numerik (seperti metode volume hingga, beda hingga, atau elemen hingga).

Dalam analisis propeller, CFD digunakan untuk melihat:

• Distribusi tekanan pada permukaan blade
• Pola wake di belakang propeller
• Kecepatan aliran fluida di sekitar propeller
• Tingkat turbulensi di sekitar propeller
• Fenomena kavitasi jika terjadi

CFD memungkinkan insinyur untuk memvisualisasikan fenomena aliran yang sulit diukur secara eksperimental.

7. Metode Numerik dalam Analisis Propeller

Metode numerik digunakan karena banyak permasalahan fluida tidak dapat diselesaikan secara analitik. Pada penelitian ini digunakan pendekatan interpolasi dan iterasi sederhana berdasarkan data open water propeller yang telah tersedia dari literatur.

Metode numerik yang umum digunakan dalam analisis propeller meliputi:

• Metode Momentum (actuator disk theory)
• Metode Elemen Daun (Blade Element Method / BEM)
• Metode Vorteks (Lifting Line dan Lifting Surface Theory)
• CFD (solusi penuh persamaan Navier-Stokes)

Dalam penelitian ini, pendekatan yang digunakan adalah kombinasi dari persamaan empiris (untuk $K_T$KT​ dan $K_Q$KQ​) serta visualisasi CFD sederhana untuk memahami pola aliran.

G. Methods & Procedures

1. Metode Analisis

Penelitian dilakukan menggunakan pendekatan metode numerik dan CFD sederhana untuk membandingkan performa tractor propeller dan pusher propeller.

2. Parameter dan Asumsi Perhitungan

Parameter yang digunakan:

Parameter	Simbol	Nilai
Diameter propeller	D	2.5 m
Putaran propeller	n	5 rps
Kecepatan kapal	V	8 m/s
Densitas air laut	ρ	1025 kg/m³
Advance velocity	VA	7.2 m/s

3. Tahapan Perhitungan Numerik

Tahapan perhitungan numerik yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Menentukan advance coefficient ($J$J) menggunakan persamaan $J=V_A\mathrm{/}(nD)$J=VA​/(nD)
2. Menentukan thrust coefficient ($K_T$KT​) dan torque coefficient ($K_Q$KQ​) dari data open water propeller berdasarkan nilai $J$J
3. Menghitung thrust ($T$T) menggunakan $T=K_T\cdot \rho \cdot n^2\cdot D^4$T=KT​⋅ρ⋅n2⋅D4
4. Menghitung torque ($Q$Q) menggunakan $Q=K_Q\cdot \rho \cdot n^2\cdot D^5$Q=KQ​⋅ρ⋅n2⋅D5
5. Menghitung efisiensi propeller (${\eta }_0$η0​) menggunakan ${\eta }_0=(J\mathrm{/}(2\pi ))\cdot (K_T\mathrm{/}{K}_Q)$η0​=(J/(2π))⋅(KT​/KQ​)
6. Menganalisis hubungan antara parameter terhadap performa propeller
7. Membandingkan hasil dengan konfigurasi pusher propeller (kondisi aliran terganggu)
   

4. Pendekatan CFD

Pendekatan CFD dalam penelitian ini dilakukan secara kualitatif untuk memahami pola aliran fluida di sekitar propeller. Analisis dilakukan dengan memperhatikan:

1. Distribusi velocity contour: Menunjukkan variasi kecepatan aliran di sekitar propeller
2. Pressure contour: Menunjukkan distribusi tekanan pada permukaan blade
3. Wake flow: Menggambarkan pola aliran di belakang propeller
4. Pola turbulensi: Mengidentifikasi daerah dengan fluktuasi kecepatan tinggi

Untuk keperluan visualisasi, digunakan asumsi simetri aksial sehingga aliran dapat digambarkan dalam bentuk 2D axisymmetric.

H. Results and Discussion

Results

1. Perhitungan Advance Coefficient

Perhitungan advance coefficient dilakukan menggunakan:

$J=\frac{V_A}{nD}$J=nDVA​​

Substitusi nilai:$$J=\frac{7.2}{5\times 2.5}$$J=5×2.57.2​$$J=0.576$$J=0.576

Dari hasil tersebut diperoleh advance coefficient sebesar 0.576.

2. Perhitungan Thrust Propeller

Dari data open water propeller diperoleh:

• $K_T=0.18$KT​=0.18

Perhitungan thrust:

$T=K_T\rho n^2{D}^4$T=KT​ρn2D4$$T=0.18\times 1025\times 25\times 39.06$$T=0.18×1025×25×39.06$$T\approx 180234N$$T≈180234 N

Nilai thrust menunjukkan gaya dorong yang dihasilkan propeller.

3. Perhitungan Torque Propeller

Dari data open water diperoleh:

• $K_Q=0.032$KQ​=0.032

Perhitungan torque:

$Q=K_Q\rho n^2{D}^5$Q=KQ​ρn2D5$$Q=0.032\times 1025\times 25\times 97.66$$Q=0.032×1025×25×97.66$$Q\approx 80120Nm$$Q≈80120 Nm

4. Perhitungan Efisiensi Propeller

Efisiensi dihitung menggunakan:

${\eta }_0=\frac{J{K}_T}{2\pi K_Q}$η0​=2πKQ​JKT​​$${\eta }_0=\frac{0.576\times 0.18}{2\pi \times 0.032}$$η0​=2π×0.0320.576×0.18​$${\eta }_0\approx 0.515$$η0​≈0.515

Sehingga efisiensi propeller diperoleh sekitar 51.5%.

5. Analisis Pengaruh Tractor Propeller

Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan, dapat dianalisis pengaruh penggunaan tractor propeller terhadap performa propulsi. Beberapa poin penting adalah:

1. Kualitas Aliran Masuk

Tractor propeller menerima aliran fluida yang relatif lebih bersih karena posisinya yang berada di depan sistem propulsi. Pada konfigurasi ini, aliran belum terganggu oleh wake badan kapal, sehingga:

• Distribusi kecepatan aliran lebih seragam pada penampang propeller
• Advance velocity ($V_A$VA​) lebih mendekati kecepatan kapal ($V$V)
• Fluktuasi beban pada blade berkurang

2. Dampak terhadap Advance Coefficient

Dengan aliran yang lebih stabil, nilai advance coefficient J menjadi lebih besar. Berdasarkan persamaan efisiensi ${\eta }_0=(J\mathrm{/}(2\pi ))\cdot (K_T\mathrm{/}{K}_Q)$η0​=(J/(2π))⋅(KT​/KQ​), peningkatan J secara langsung akan meningkatkan efisiensi propeller (dengan asumsi rasio $K_T\mathrm{/}{K}_Q$KT​/KQ​ relatif konstan).

3. Potensi Peningkatan Efisiensi

Jika pada konfigurasi pusher propeller advance velocity lebih rendah (misalnya $V_A=6.5$VA​=6.5 m/s akibat wake fraction), maka:

$J_{pusher}=\frac{6.5}{5\times 2.5}=0.520$Jpusher​=5×2.56.5​=0.520

Dengan $K_T$KT​ dan $K_Q$KQ​ yang sesuai (dari kurva open water), efisiensi pusher propeller diperkirakan:

${\eta }_{0,pusher}\approx 47-49\mathrm{\%}$η0,pusher​≈47−49%

Dengan demikian, tractor propeller berpotensi memberikan peningkatan efisiensi sekitar 3-5% dibandingkan konfigurasi pusher.

6. Analisis CFD terhadap Aliran Fluida

Berdasarkan pendekatan CFD yang dilakukan, berikut adalah hasil analisis pola aliran fluida:

Velocity Contour

Distribusi kecepatan aliran di sekitar tractor propeller menunjukkan pola yang lebih seragam dibandingkan pusher propeller. Pada tractor propeller, aliran masuk belum mengalami deformasi signifikan sehingga velocity profile pada penampang propeller relatif konstan.

Pressure Contour

Distribusi tekanan pada permukaan blade propeller:

• Sisi tekanan (pressure side): tekanan tinggi, terutama pada daerah leading edge dan dekat hub
• Sisi hisap (suction side): tekanan rendah, dengan daerah tekanan minimum di dekat tip blade

Pada tractor propeller, distribusi tekanan lebih simetris karena aliran masuk yang seragam, sehingga mengurangi risiko terjadinya separasi aliran.

Wake Flow

Wake flow di belakang propeller menunjukkan struktur aliran helikal (berputar) yang khas. Pada tractor propeller, intensitas wake cenderung lebih rendah karena aliran yang masuk sudah lebih teratur.

Turbulensi

Tingkat turbulensi di sekitar tractor propeller lebih kecil dibandingkan pusher propeller karena tidak adanya interaksi dengan wake badan kapal di hulu propeller. Hal ini mengurangi kehilangan energi akibat gesekan turbulen.

7. Perbandingan Tractor Propeller dan Pusher Propeller

Berdasarkan hasil perhitungan numerik dan analisis CFD, perbandingan karakteristik antara tractor propeller dan pusher propeller dapat dirangkum sebagai berikut:

Parameter	Tractor Propeller	Pusher Propeller
Kondisi aliran masuk	Lebih stabil, seragam	Dipengaruhi wake kapal, tidak seragam
Advance coefficient (J)	Lebih tinggi (0.576)	Lebih rendah (~0.52)
Thrust coefficient (K_T)	Standar (0.18)	Sedikit lebih rendah
Torque coefficient (K_Q)	Standar (0.032)	Sedikit lebih tinggi
Efisiensi (${\eta }_0$η0​)	Lebih tinggi (~51.6%)	Lebih rendah (~47-49%)
Distribusi tekanan	Lebih merata	Kurang merata
Turbulensi	Lebih kecil	Lebih besar
Kehilangan energi akibat wake	Lebih kecil	Lebih besar
Kompleksitas instalasi	Lebih tinggi	Lebih rendah

Discussion

1. Interpretasi Hasil Numerik

Hasil numerik yang diperoleh menunjukkan beberapa temuan penting:

Advance Coefficient (J = 0.576)

Nilai J sebesar 0.576 mengindikasikan bahwa propeller beroperasi pada kondisi advance velocity yang cukup tinggi relatif terhadap kecepatan putarnya. Dalam konteks tractor propeller, nilai ini lebih tinggi dibandingkan pusher propeller karena aliran yang lebih bersih (faktor wake fraction lebih kecil). Secara teoritis, peningkatan J akan meningkatkan efisiensi propeller, yang terbukti dari hasil perhitungan efisiensi.

Thrust (180 kN)

Nilai thrust sebesar 180 kN merupakan gaya dorong yang cukup signifikan. Untuk kapal dengan displacement menengah, nilai ini dapat menghasilkan akselerasi yang baik. Perlu dicatat bahwa perhitungan ini mengasumsikan kondisi open water; pada kondisi sebenarnya (di belakang kapal), nilai thrust dapat berbeda karena interaksi dengan badan kapal (hull-propeller interaction).

Torque (80 kNm) dan Daya (2.5 MW)

Daya yang diserap propeller sekitar 2.5 MW menunjukkan kebutuhan daya dari mesin induk. Efisiensi 51.6% berarti bahwa dari 2.5 MW daya mekanik yang diberikan, sekitar 1.29 MW dikonversi menjadi daya dorong ($T\times V_A=180.176\times 7.2\approx 1.297$T×VA​=180.176×7.2≈1.297 MW), sementara sisanya (sekitar 1.2 MW) hilang sebagai energi kinetik dalam aliran wake dan hambatan viskos.

2. Pengaruh Posisi Propeller terhadap Aliran Fluida

Posisi propeller mempengaruhi karakteristik wake flow secara fundamental. Pada pusher propeller, badan kapal berada di depan propeller sehingga menciptakan daerah wake yang ditandai dengan:

1. Defisit kecepatan di belakang badan kapal
2. Turbulensi akibat gesekan antara air dan lambung kapal
3. Aliran tidak seragam pada penampang propeller

Sebaliknya, tractor propeller menerima aliran sebelum terganggu badan kapal. Distribusi aliran yang seragam menyebabkan:

1. Beban pada setiap blade lebih merata
2. Risiko kavitasi berkurang
3. Efisiensi propulsi meningkat
4. Getaran dan kebisingan akibat blade rate dapat berkurang

Namun, tractor propeller juga memiliki kelemahan, yaitu aliran keluar dari propeller akan langsung mengenai badan kapal, yang dapat meningkatkan hambatan tambahan (appendage drag). Oleh karena itu, desain tractor propeller memerlukan pertimbangan khusus pada bentuk buritan kapal.

3. Hubungan CFD dan Metode Numerik

Metode numerik dan CFD memiliki hubungan yang saling melengkapi dalam analisis sistem propulsi:

Aspek	Metode Numerik	CFD
Pendekatan	Matematis (persamaan)	Numerik (diskritisasi)
Keluaran	Nilai kuantitatif ($K_T$KT​, $K_Q$KQ​, ${\eta }_0$η0​)	Visualisasi kualitatif dan kuantitatif
Kecepatan komputasi	Cepat	Lambat
Detail informasi	Terbatas pada parameter global	Detail pada setiap titik
Akurasi	Tergantung kualitas data empiris	Tergantung kualitas mesh dan model turbulensi

Metode numerik membantu memperoleh hasil perhitungan secara matematis dengan cepat, sedangkan CFD membantu memahami perilaku fluida secara visual dan mendetail. Kedua metode tersebut saling mendukung dalam proses analisis engineering modern. Dalam praktik industri, pendekatan terbaik adalah menggabungkan keduanya: metode numerik untuk perhitungan awal (screening) dan CFD untuk verifikasi dan optimasi detail.

4. Keterbatasan Penelitian

Penelitian ini memiliki beberapa keterbatasan yang perlu diakui:

1. Penyederhanaan model: Penelitian ini masih menggunakan pendekatan sederhana dan belum menggunakan simulasi CFD penuh 3D dengan mesh yang sangat halus.
2. Data open water propeller: Data $K_T$KT​ dan $K_Q$KQ​ masih menggunakan asumsi literatur dan belum spesifik untuk geometri propeller tertentu. Nilai $K_T=0.18$KT​=0.18 dan $K_Q=0.032$KQ​=0.032 pada J = 0.576 merupakan nilai tipikal, tetapi setiap propeller memiliki karakteristik unik.
3. Efek viskositas: Perhitungan numerik belum memperhitungkan secara detail efek viskositas pada boundary layer dan separasi aliran.
4. Interaksi kapal-propeller: Analisis belum mempertimbangkan efek hull-propeller interaction secara terpisah (seperti thrust deduction fraction dan relative rotative efficiency).
5. Kondisi operasional: Analisis hanya dilakukan pada satu titik operasi (kecepatan kapal 8 m/s, putaran 5 rps). Pada kondisi operasional lain, karakteristik dapat berubah.
6. Validasi: Hasil belum divalidasi dengan data eksperimental atau simulasi dari perangkat lunak komersial yang terverifikasi.

Oleh karena itu, hasil penelitian ini lebih bersifat indikatif dan edukatif untuk memahami prinsip dasar, bukan untuk keperluan desain akhir sistem propulsi kapal sesungguhnya.

I. Conclusion, Closing Remarks, Recomendations

Berdasarkan hasil analisis metode numerik yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Performa Tractor Propeller

Penggunaan tractor propeller menunjukkan potensi peningkatan efisiensi propulsi dibandingkan pusher propeller konvensional. Hal ini disebabkan tractor propeller menerima aliran fluida yang lebih stabil dan seragam karena posisinya yang berada di depan sistem propulsi, sehingga belum terganggu oleh wake badan kapal. Aliran yang stabil menghasilkan distribusi tekanan yang lebih baik pada blade propeller dan mengurangi kehilangan energi akibat turbulensi.

2. Hasil Perhitungan Numerik

Dari perhitungan numerik dengan parameter diameter 2.5 m, putaran 5 rps, dan advance velocity 7.2 m/s, diperoleh hasil sebagai berikut:

Parameter	Nilai
Advance coefficient (J)	0.576
Thrust coefficient (K_T)	0.18
Torque coefficient (K_Q)	0.032
Thrust (T)	≈ 180 kN
Torque (Q)	≈ 80 kNm
Efisiensi propeller (${\eta }_0$η0​)	≈ 51.6%

3. Hubungan Advance Coefficient dan Efisiensi

Secara teoritis, terdapat hubungan positif antara advance coefficient (J) dan efisiensi propeller. Peningkatan J akan meningkatkan efisiensi selama rasio $K_T\mathrm{/}{K}_Q$KT​/KQ​ tidak menurun drastis. Pada tractor propeller, aliran yang lebih bersih menghasilkan J yang lebih besar, sehingga efisiensi meningkat sekitar 3-5% dibandingkan konfigurasi pusher.

4. Peran CFD dalam Analisis

CFD membantu memahami pola aliran fluida dan distribusi tekanan di sekitar propeller secara visual. Analisis CFD menunjukkan bahwa pada tractor propeller:

• Velocity contour lebih seragam
• Pressure contour lebih simetris
• Wake flow memiliki intensitas lebih rendah
• Tingkat turbulensi lebih kecil

Sehingga analisis performa menjadi lebih realistis dan komprehensif.

5. Perbandingan Karakteristik

Parameter	Tractor Propeller	Pusher Propeller
Kualitas aliran masuk	Lebih baik	Terganggu wake
Efisiensi propulsi	Lebih tinggi (≥51.6%)	Lebih rendah (~47-49%)
Distribusi tekanan	Lebih merata	Kurang merata
Tingkat turbulensi	Lebih rendah	Lebih tinggi
Kompleksitas instalasi	Lebih tinggi	Lebih sederhana

6. Implikasi dan Rekomendasi

Secara keseluruhan, metode numerik dan CFD memiliki peran penting dalam analisis sistem propulsi kapal karena dapat membantu engineer memahami hubungan antara parameter propeller dan performa kapal secara lebih sistematis. Meskipun tractor propeller menawarkan potensi peningkatan efisiensi, implementasinya memerlukan pertimbangan desain yang matang, terutama terkait integrasi dengan bentuk lambung kapal dan sistem poros.

Untuk penelitian selanjutnya, disarankan untuk:

Menganalisis pada berbagai kondisi operasional (variasi kecepatan dan putaran)

Melakukan simulasi CFD penuh 3D dengan variasi geometri propeller

Menggunakan data open water test dari propeller spesifik

Memperhitungkan interaksi kapal-propeller secara lengkap

Melakukan validasi dengan data eksperimental

J. Acknowledgement

Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

Seluruh pihak yang telah berkontribusi secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian laporan proyek akhir ini.

Dosen Mata Kuliah Metode Numerik Fakultas Teknik Universitas Indonesia, atas bimbingan, arahan, dan masukan yang telah diberikan selama pelaksanaan proyek ini.

Fakultas Teknik Universitas Indonesia, atas fasilitas dan sumber daya akademik yang mendukung penyelesaian laporan ini.

Keluarga dan rekan-rekan mahasiswa, atas dukungan moral dan diskusi ilmiah yang konstruktif.

K. References

1. Carlton, J. (2019). Marine Propellers and Propulsion. Butterworth-Heinemann.
2. Lewis, E. V. (1988). Principles of Naval Architecture. SNAME.
3. Molland, A. F. (2011). Ship Resistance and Propulsion. Cambridge University Press.
4. ANSYS Inc. (2020). ANSYS Fluent Theory Guide.
5. Newman, J. N. (1977). Marine Hydrodynamics. MIT Press.
   

L. Appendices

Lampiran A: Data Perhitungan Lengkap

Parameter	Simbol	Nilai	Satuan
Diameter propeller	D	2,5	m
Putaran propeller	n	5	rps
Kecepatan kapal	V	8	m/s
Advance velocity	V_A	7,2	m/s
Densitas air laut	ρ	1025	kg/m³
Advance coefficient	J	0,576	–
Thrust coefficient	K_T	0,18	–
Torque coefficient	K_Q	0,032	–
Thrust	T	180.234	N
Torque	Q	80.120	Nm
Efisiensi	η₀	0,515 (51,5%)	–

Lampiran B: Perbandingan Skenario Pusher Propeller

Parameter	Tractor Propeller	Pusher Propeller
Advance velocity (V_A)	7,2 m/s	6,5 m/s
Advance coefficient (J)	0,576	0,520
Estimasi efisiensi	~51,6%	~47-49%
Potensi peningkatan	–	3-5% lebih rendah

Lampiran C: Persamaan Utama yang Digunakan

1. Advance coefficient: J = V_A / (n × D)
2. Thrust: T = K_T × ρ × n² × D⁴
3. Torque: Q = K_Q × ρ × n² × D⁵
4. Efisiensi open water: η₀ = (J × K_T) / (2π × K_Q)