ccitonline.com

LAPORAN KARYA ILMIAH

---

A. PROJECT TITLE

Analisis Pengaruh Gaya Angin terhadap Perubahan Arah dan Gaya pada Kapal Menggunakan Metode Computational Fluid Dynamics (CFD)

---

B. AUTHOR COMPLETE NAME

Garnis Fidelya Widodo

---

C. AFFILIATION

Departemen Teknik Perkapalan
Fakultas Teknik Universitas Indonesia

---

D. ABSTRACT

Transportasi laut merupakan sektor penting dalam distribusi logistik dan mobilitas di Indonesia sebagai negara kepulauan. Dalam operasionalnya, kapal dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan, salah satunya adalah angin. Gaya angin yang bekerja pada kapal dapat menghasilkan gaya aerodinamika berupa gaya drag dan gaya lateral yang memengaruhi stabilitas, efisiensi, serta perubahan arah kapal. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh gaya angin terhadap kapal menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD). Simulasi dilakukan dengan variasi sudut datang angin untuk mengetahui distribusi tekanan, pola aliran udara, gaya drag, serta gaya lateral yang bekerja pada kapal. Metode penelitian menggunakan pendekatan kuantitatif berbasis simulasi numerik dengan bantuan perangkat lunak CFD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi beam wind menghasilkan gaya lateral dan yaw moment terbesar sehingga paling memengaruhi perubahan arah kapal. Sementara itu, kondisi head wind menghasilkan gaya drag tertinggi yang meningkatkan hambatan kapal dan kebutuhan daya mesin. Simulasi CFD mampu memberikan visualisasi aliran udara secara detail sehingga dapat digunakan sebagai dasar optimasi desain kapal yang lebih stabil, aman, dan efisien.

---

E. AUTHOR DECLARATION

1. Deep Awareness (of) I

Penelitian ini dilakukan dengan kesadaran bahwa ilmu pengetahuan dan teknologi merupakan bagian dari bentuk pemanfaatan akal dan kemampuan yang diberikan oleh Tuhan Yang Maha Esa. Penulis menyadari pentingnya tanggung jawab moral dan etika dalam pengembangan teknologi maritim yang aman, efisien, dan bermanfaat bagi masyarakat. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan dengan niat untuk menghasilkan ilmu yang dapat digunakan secara positif dalam pengembangan teknologi perkapalan.

2. Intention of the Project Activity

Tujuan utama penelitian ini adalah menganalisis pengaruh gaya angin terhadap performa kapal menggunakan metode numerik CFD sehingga dapat menjadi dasar dalam meningkatkan stabilitas, keselamatan, dan efisiensi operasional kapal.

---

F. INTRODUCTION

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki aktivitas transportasi laut sangat tinggi. Kapal digunakan sebagai sarana utama dalam distribusi logistik, transportasi penumpang, maupun kegiatan industri maritim lainnya. Dalam operasionalnya, kapal dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan seperti gelombang, arus laut, dan angin.

Salah satu faktor lingkungan yang memiliki pengaruh besar terhadap performa dan stabilitas kapal adalah gaya angin. Angin yang bekerja pada badan kapal dapat menghasilkan gaya aerodinamika berupa gaya drag dan gaya lateral. Gaya tersebut dapat menyebabkan perubahan arah kapal, gerakan menyamping (drift), peningkatan hambatan, hingga memengaruhi efisiensi operasional kapal.

Pengaruh gaya angin sangat terasa pada kapal dengan freeboard tinggi seperti kapal kontainer, kapal penumpang, dan kapal tanker karena memiliki luas permukaan yang besar terhadap terpaan angin.

Untuk memahami pengaruh gaya angin terhadap kapal, diperlukan metode analisis yang mampu memodelkan aliran udara secara detail dan efisien. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah Computational Fluid Dynamics (CFD).

---

Initial Thinking About the Problem

Analisis Permasalahan

Permasalahan utama pada penelitian ini adalah bagaimana gaya angin dapat memengaruhi:

• perubahan arah kapal,
• gerakan menyamping kapal,
• peningkatan hambatan,
• dan efisiensi operasional kapal.

Root Cause Analysis

Faktor utama penyebab perubahan arah kapal akibat angin meliputi:

• kecepatan angin,
• sudut datang angin,
• luas permukaan kapal,
• posisi pusat tekanan,
• dan bentuk geometri kapal.

Stakeholder Analysis

Pihak yang berkepentingan terhadap penelitian ini:

• perusahaan pelayaran,
• desainer kapal,
• operator pelabuhan,
• dan peneliti bidang maritim.

---

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh gaya angin terhadap perubahan arah kapal?
2. Bagaimana pengaruh sudut datang angin terhadap gaya drag dan gaya lateral?
3. Bagaimana metode CFD digunakan untuk menganalisis pengaruh angin terhadap kapal?
4. Bagaimana hasil simulasi digunakan untuk meningkatkan stabilitas kapal?

---

1.3 Tujuan Penelitian

1. Menganalisis pengaruh gaya angin terhadap perubahan arah kapal.
2. Mengetahui hubungan sudut datang angin terhadap gaya drag dan gaya lateral.
3. Menggunakan metode CFD untuk memodelkan aliran udara di sekitar kapal.
4. Menganalisis hasil simulasi numerik sebagai dasar pengembangan desain kapal.

---

1.4 Manfaat Penelitian

• Menjadi referensi dalam bidang aerodinamika kapal.
• Membantu pengembangan desain kapal yang lebih stabil.
• Memberikan pemahaman penggunaan CFD.
• Menjadi dasar penelitian lanjutan.

---

G. METHODS & PROCEDURES

2.1 Jenis Penelitian

Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif berbasis simulasi numerik CFD.

---

2.2 Idealization

Asumsi yang digunakan:

1. Aliran udara steady state.
2. Fluida dianggap incompressible.
3. Pengaruh gelombang laut diabaikan.
4. Kapal dalam kondisi tetap.
5. Temperatur dianggap konstan.

---

2.3 Dasar Teori CFD

Persamaan kontinuitas:

$\nabla \cdot V = 0$∇⋅V=0

Persamaan momentum Navier-Stokes:

$\rho\left(\frac{\partial V}{\partial t}+V\cdot\nabla V\right)=-\nabla P+\mu\nabla^2V+F$ρ(∂t∂V​+V⋅∇V)=−∇P+μ∇2V+F

Persamaan gaya drag:

$F_D = \frac{1}{2}\rho C_D A V^2$FD​=21​ρCD​AV2

Persamaan gaya lateral:

$F_L = \frac{1}{2}\rho C_L A V^2$FL​=21​ρCL​AV2

Keterangan:

• $F_D$FD​ = gaya drag (N)
• $F_L$FL​ = gaya lateral (N)
• $\rho$ρ = densitas udara (kg/m³)
• $C_D$CD​ = koefisien drag
• $C_L$CL​ = koefisien lateral
• $A$A = luas area terkena angin (m²)
• $V$V = kecepatan angin (m/s)

---

2.4 Perhitungan Contoh

Diketahui:

• Densitas udara = 1,225 kg/m³
• Koefisien drag = 1,1
• Luas permukaan kapal = 450 m²
• Kecepatan angin = 15 m/s

Maka:

$F_D = \frac{1}{2}(1.225)(1.1)(450)(15^2)$FD​=21​(1.225)(1.1)(450)(152)$$F_D = 68.203 \text{ N}$$FD​=68.203 N

Perhitungan gaya lateral:

Misal:

• $C_L = 0.8$CL​=0.8

$F_L = \frac{1}{2}(1.225)(0.8)(450)(15^2)$FL​=21​(1.225)(0.8)(450)(152)$$F_L = 49.602 \text{ N}$$FL​=49.602 N

---

2.5 Software yang Digunakan

• ANSYS Fluent
• OpenFOAM
• MATLAB
• Maxsurf
• SolidWorks Flow Simulation

---

2.6 Flowchart Penelitian

H. RESULTS & DISCUSSION

3.1 Pengaruh Head Wind

Pada kondisi head wind, tekanan udara meningkat di bagian haluan kapal sehingga menghasilkan gaya drag terbesar. Hal ini menyebabkan:

• hambatan kapal meningkat,
• kebutuhan daya mesin meningkat,
• konsumsi bahan bakar meningkat.

---

3.2 Pengaruh Beam Wind

Pada kondisi beam wind, gaya lateral meningkat secara signifikan sehingga kapal mengalami:

• drift,
• yaw moment,
• perubahan heading kapal.

Beam wind merupakan kondisi paling berbahaya terhadap stabilitas arah kapal.

---

3.3 Pengaruh Following Wind

Pada kondisi following wind, hambatan kapal menurun sehingga efisiensi gerak kapal meningkat.

---

3.4 Distribusi Tekanan

Hasil simulasi CFD menunjukkan:

• tekanan tinggi pada area stagnasi,
• turbulensi pada bagian belakang kapal,
• separasi aliran udara.

---

3.5 Hubungan Kecepatan Angin terhadap Gaya

Semakin besar kecepatan angin maka:

• gaya drag meningkat,
• gaya lateral meningkat,
• risiko perubahan arah kapal meningkat.

Karena gaya aerodinamika berbanding lurus terhadap kuadrat kecepatan angin.

---

I. CONCLUSION, CLOSING REMARKS, RECOMMENDATIONS

4.1 Kesimpulan

1. Gaya angin memiliki pengaruh besar terhadap stabilitas dan perubahan arah kapal.
2. Beam wind menghasilkan gaya lateral terbesar.
3. Head wind menghasilkan gaya drag terbesar.
4. CFD mampu digunakan untuk menganalisis aliran udara secara detail.
5. Hasil simulasi dapat digunakan untuk optimasi desain kapal.

---

4.2 Saran

1. Penelitian selanjutnya dapat menggunakan model 3D lebih detail.
2. Pengaruh gelombang dan arus laut dapat ditambahkan.
3. Validasi dengan eksperimen diperlukan untuk meningkatkan akurasi.

---

J. ACKNOWLEDGMENTS

Penulis mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing, rekan tim, dan seluruh pihak yang telah membantu dalam penyusunan penelitian ini.

---

K. REFERENCES

1. Anderson, J.D. (2011). Computational Fluid Dynamics. McGraw-Hill.
2. Ferziger, J.H. & Peric, M. (2002). Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer.
3. ITTC Recommended Procedures (2017).
4. Munson, B.R. (2013). Fundamentals of Fluid Mechanics.
5. Versteeg, H.K. (2007). An Introduction to CFD.

L. APPENDICES

Lampiran A — Parameter Simulasi CFD

Parameter	Nilai
Kecepatan Angin	15 m/s
Densitas Udara	1,225 kg/m³
Koefisien Drag	1,1
Koefisien Lateral	0,8
Luas Permukaan	450 m²