Poros kapal merupakan salah satu komponen penting dalam sistem propulsi yang berfungsi menyalurkan daya dari mesin menuju propeller. Dalam proses perancangannya, diameter poros harus ditentukan dengan tepat agar mampu menahan beban kerja tanpa mengalami kegagalan material. Diameter yang terlalu kecil dapat meningkatkan risiko kerusakan akibat tegangan geser yang tinggi, sedangkan diameter yang terlalu besar menyebabkan penggunaan material menjadi kurang efisien. Oleh karena itu, diperlukan analisis yang tepat untuk menentukan diameter poros yang aman dan optimal. Pada proyek ini digunakan metode numerik dengan pendekatan framework DAI5 untuk membantu proses analisis dan penyelesaian masalah secara sistematis.
Framework DAI5 digunakan sebagai pendekatan berpikir dalam menyelesaikan proyek ini. Deep Awareness of I memberikan kesadaran bahwa desain teknik tidak hanya berkaitan dengan perhitungan, tetapi juga berkaitan dengan tanggung jawab terhadap keselamatan dan efisiensi sistem. Intention dalam proyek ini adalah menentukan diameter poros kapal yang aman dan optimal agar mampu bekerja sesuai kebutuhan operasional kapal. Initial Thinking dilakukan dengan menganalisis hubungan antara daya mesin, putaran poros, torsi, tegangan geser, dan diameter poros. Idealization dilakukan dengan beberapa asumsi seperti poros berbentuk solid shaft, beban berupa torsi murni, material dianggap homogen, dan kondisi operasi dianggap stabil. Instruction Set diterapkan melalui proses analisis spesifikasi mesin, evaluasi tegangan geser, iterasi numerik, hingga penentuan diameter poros yang sesuai.
Dalam sistem propulsi kapal, daya mesin dan putaran poros akan menghasilkan torsi yang diteruskan melalui poros menuju propeller. Torsi tersebut menimbulkan tegangan geser pada material poros sehingga pemilihan diameter harus dilakukan secara tepat agar tegangan yang terjadi tidak melebihi batas aman material. Semakin besar daya mesin yang digunakan maka beban yang diterima poros juga semakin besar. Sebaliknya, apabila diameter poros terlalu kecil maka risiko kegagalan material akan meningkat. Karena hubungan antar variabel bersifat non-linear, maka metode numerik digunakan untuk memperoleh diameter poros yang optimal dan efisien.
Metode numerik digunakan untuk menentukan diameter poros optimal melalui proses iterasi hingga diperoleh hasil yang mendekati kondisi ideal. Pada proyek ini digunakan pendekatan Newton-Raphson karena metode tersebut mampu memberikan hasil yang cepat dan akurat dalam menyelesaikan permasalahan non-linear. Proses iterasi dilakukan dengan menyesuaikan diameter poros sampai tegangan yang terjadi berada dalam batas aman material. Dengan bantuan metode numerik, proses analisis menjadi lebih efisien dibandingkan perhitungan manual.
Pada proyek ini digunakan spesifikasi mesin kapal sebagai studi kasus untuk melakukan analisis diameter poros. Data utama yang digunakan meliputi daya mesin, putaran mesin, dan tegangan izin material. Berdasarkan spesifikasi tersebut dilakukan analisis untuk menentukan diameter poros yang mampu bekerja secara aman dan efisien pada kondisi operasional kapal.
Berdasarkan hasil analisis menggunakan metode numerik diperoleh diameter poros yang memenuhi batas aman tegangan material. Diameter yang dipilih juga mempertimbangkan faktor keamanan dan kemudahan proses manufaktur. Hasil analisis menunjukkan bahwa penggunaan diameter yang terlalu kecil dapat meningkatkan tegangan geser dan risiko kegagalan poros, sedangkan diameter yang terlalu besar menyebabkan penggunaan material menjadi tidak efisien. Oleh karena itu, diperlukan diameter optimal yang mampu memberikan keseimbangan antara keamanan dan efisiensi.
Analisis sensitivitas dilakukan untuk melihat pengaruh perubahan daya mesin dan putaran poros terhadap kebutuhan diameter poros. Ketika daya mesin meningkat maka torsi dan tegangan geser juga meningkat sehingga diameter poros yang dibutuhkan menjadi lebih besar. Sebaliknya, ketika putaran poros meningkat maka torsi cenderung menurun sehingga diameter poros yang dibutuhkan menjadi lebih kecil. Hasil analisis ini menunjukkan bahwa kondisi operasional kapal sangat memengaruhi desain poros yang digunakan.
Python digunakan sebagai alat bantu untuk mempercepat proses iterasi numerik dan memperoleh hasil analisis secara lebih efisien. Dengan bantuan program sederhana, proses pencarian diameter optimal dapat dilakukan lebih cepat dibandingkan perhitungan manual. Penggunaan Python juga membantu meningkatkan akurasi hasil analisis serta mempermudah proses evaluasi desain.
Hasil analisis menunjukkan bahwa metode numerik mampu membantu proses penentuan diameter poros kapal secara efektif dan efisien. Dengan pendekatan iteratif, solusi dapat diperoleh lebih cepat dibandingkan metode manual. Selain itu, framework DAI5 membantu proses analisis menjadi lebih terarah karena tidak hanya berfokus pada hasil teknis, tetapi juga mempertimbangkan aspek keselamatan, tanggung jawab, dan efisiensi dalam proses rekayasa teknik.
Berdasarkan hasil proyek akhir ini dapat disimpulkan bahwa metode numerik dapat digunakan secara efektif dalam menentukan diameter optimal poros kapal. Diameter poros sangat dipengaruhi oleh daya mesin dan kondisi operasional kapal. Penggunaan metode numerik membantu proses analisis menjadi lebih cepat, akurat, dan efisien. Selain itu, penerapan framework DAI5 membantu membangun pola pikir yang sistematis dan bertanggung jawab dalam penyelesaian masalah teknik.
Final project ini menunjukkan bahwa metode numerik memiliki peranan penting dalam proses desain teknik, khususnya pada optimasi komponen sistem propulsi kapal. Dengan pendekatan yang sistematis dan bantuan teknologi komputasi, proses analisis dapat dilakukan secara lebih efektif sehingga menghasilkan desain yang aman, efisien, dan sesuai kebutuhan operasional kapal.
