ccitonline.com

CCIT – Cara Cerdas Ingat Tuhan

| AI-DAI5 | DAI5 AI Agents | NIC | ZWI | | CCITEdu | DAI5 eBook | CFDSOF | Donation | Download | CCIT Corporation | DAI5 | 33 Kriteria Evaluasi Penerapan DAI5 | Search |

Daffa Fakhri Burhannudin_2306266174_D3 Metode Numerik

Idealization: Menyederhanakan Tanpa Kehilangan Inti

Masalah nyata selalu lebih rumit dari model. Tugas seorang insinyur bukan menyederhanakan secara sembarangan, melainkan memilih dengan bijak: detail mana yang esensial, dan mana yang boleh diabaikan tanpa mengubah inti masalah.

Propeller kapal sesungguhnya dipengaruhi oleh puluhan variabel: turbulensi aliran di belakang lambung, efek kavitasi, interaksi propeller-kemudi, dan sebagainya. Namun untuk tujuan analisis efisiensi pada kondisi operasi normal, sebagian besar variabel tersebut dapat diabaikan melalui asumsi yang terjustifikasi secara teknis.

Asumsi-Asumsi Model (Idealization Assumptions)

ASUMSI 01

Kondisi Open-Water

Propeller dianalisis dalam kondisi open-water test โ€” aliran bebas, seragam, tidak terpengaruh turbulensi lambung. Ini adalah kondisi standar pengujian Wageningen B-series dan ITTC.

ASUMSI 02

Aliran Incompressible & Steady

Air laut diasumsikan sebagai fluida inkompresibel dengan aliran tunak (steady-state). Efek gelombang dan percepatan kapal diabaikan karena fokus pada kondisi pelayaran normal.

ASUMSI 03

Kavitasi Diabaikan

Efek kavitasi tidak diperhitungkan. AE/A0 = 0.55 dipilih untuk memastikan margin kavitasi yang aman pada kecepatan operasi ferry 12 knot.

ASUMSI 04

Properti Air Laut Standar ITTC

ฯ = 1025 kg/mยณ (salinitas 3.5%, suhu 15ยฐC) dan viskositas kinematik ฮฝ = 1.188 ร— 10โปโถ mยฒ/s sesuai standar ITTC 7.5-02-03-02.1.

Justifikasi Asumsi

AsumsiJustifikasi TeknisReferensi
Open-waterData Wageningen B-series memang diperoleh dari kondisi open-water test; konsisten dengan sumber data yang digunakanPolitis (2023)
IncompressibleKecepatan aliran jauh di bawah kecepatan suara dalam air; bilangan Mach โ‰ช 0.3Bertram (2012)
Kavitasi diabaikanAE/A0 = 0.55 memberikan luasan daun yang cukup untuk menjaga tekanan lokal di atas tekanan uap pada Vs = 12 knotITTC (2021)
Properti ITTCNilai standar internasional yang digunakan dalam semua pengujian towing tank di seluruh duniaITTC (2021)

Pemilihan Model Propeller: Wageningen B4-55

Berdasarkan dua referensi utama โ€” Wageningen B-series Open Water Propeller Performance Charts (Politis, 2023) dan Practical Ship Hydrodynamics (Bertram, 2012) โ€” dipilih propeller dengan spesifikasi berikut yang representatif untuk kapal ferry Indonesia ukuran menengah:

⚙ Spesifikasi Propeller โ€” Wageningen B4-55

Seri Propeller

B4-55

Wageningen B-series

Jumlah Daun (z)

4

blades

Blade Area Ratio

0.55

AE/A0

Pitch Ratio

0.80

P/D

Diameter

2.0

meter

Reynolds Number

2ร—10โท

Reโ‚€.โ‚‡โ‚…R

Spesifikasi ini berada dalam batas regresi valid Wageningen B-series (untuk z=4: 0.40 โ‰ค AE/A0 โ‰ค 1.00, 0.50 โ‰ค P/D โ‰ค 1.40) dan sangat umum digunakan pada kapal ferry ASDP maupun kapal perintis di jalur pelayaran domestik Indonesia.


Data Open-Water: Tabel KT, KQ, dan ฮทโ‚€

Dari chart Wageningen B-series untuk B4-55, P/D = 0.80, Re = 2ร—10โท, berikut adalah nilai KT, KQ, dan efisiensi open-water (ฮทโ‚€) pada berbagai advance ratio (J) yang akan menjadi acuan validasi hasil komputasi:

JKT10ยทKQKQฮทโ‚€ = JยทKT / (2ฯ€ยทKQ)
0.00.40900.51400.051400.000
0.10.37900.48700.048700.124
0.20.34600.45800.045800.241
0.30.31100.42600.042600.349
0.40.27200.39100.039100.444
0.50.23100.35300.035300.520
0.60.18700.31000.031000.578
0.70.13900.26400.026400.586 โ† puncak ฮท
0.80.08800.21300.021300.526
0.90.03300.15700.015700.302
1.0โˆ’0.0240.09600.00960โˆ’0.397

Sumber: Diadaptasi dari Politis (2023) Wageningen B-series, B4-55, P/D=0.80, Re=2ร—10โท. Baris hijau menunjukkan puncak efisiensi.

Dari tabel ini terlihat bahwa efisiensi maksimum dicapai sekitar J = 0.70 (ฮทโ‚€ = 58.6%). Rentang J = 0.65โ€“0.75 inilah yang menjadi target pencarian Newton-Raphson pada implementasi.


G. Methods & Procedures โ€” Bagian 4

Model Polinomial KT โ€” 49 Koefisien Wageningen

Sesuai Bertram (2012) dan Oosterveld & Van Oossanen (1975), KT direpresentasikan sebagai:

Persamaan Polinomial Wageningen (Oosterveld & Van Oossanen, 1975) KT = ฮฃ CT ยท J^s ยท (P/D)^t ยท (AE/A0)^u ยท Z^v Dengan P/D=0.80, AE/A0=0.55, Z=4 (konstanta): KT(J) = ฮฃ CT ยท J^s ยท (0.80)^t ยท (0.55)^u ยท (4)^v = fungsi satu variabel dalam J saja

Berikut adalah seluruh 49 koefisien regresi CT beserta eksponen s, t, u, v yang digunakan:

NoCTs (J)t (P/D)u (AE/A0)v (Z)
10.008804960000
2-0.204554031000
30.166226630100
40.068374790200
5-0.006744271100
6-0.001106360300
7-0.168529002000
80.001182281200
9-0.032588500010
100.163064001010
110.048138102010
120.004026900110
13-0.107889901110
14-0.013676100001
150.061004901001
16-0.060344502001
170.016626000101
180.011407001101
19-0.001132500201
20-0.126185003000
210.002429910210
220.065483003010
230.012654202101
24-0.039910800111
250.035757801111
26-0.014548002110
27-0.010590503100
280.001059800202
29-0.001831501201
300.000269973200
31-0.012604000020
320.003268301020
33-0.001281002020
340.017177900102
35-0.033617201102
360.012540802102
370.002103900211
38-0.014141001210
39-0.002399402210
400.002203200002
41-0.004666001002
420.002795602002
43-0.000290003002
440.001894000120
45-0.002803201120
460.001695802120
470.001056400220
48-0.001498701220
49-0.001465640322

Tabel dapat di-scroll. Sumber: Oosterveld & Van Oossanen (1975); Bertram (2012), hal. 44.


G. Methods & Procedures โ€” Bagian 5

Instruction Set โ€” Langkah Solusi Newton-Raphson

Sesuai outline DAI5, berikut adalah instruksi prosedural lengkap yang akan dieksekusi pada implementasi minggu depan:

  • 1 Tetapkan kondisi operasi kapal: Kecepatan (Vs), putaran propeller (n), diameter (D), wake fraction (w), hambatan total (RT), dan densitas air laut (ฯ).
  • 2 Hitung KT,req: KT,req = RT / (ฯ ยท nยฒ ยท Dโด). Ini adalah nilai target yang harus dipenuhi oleh KT(J) pada titik operasi.
  • 3 Tentukan tebakan awal Jโ‚€: Jโ‚€ = Va / (n ยท D), di mana Va = Vs ร— (1 โˆ’ w). Tebakan ini harus berada dalam rentang valid J โˆˆ [0, 1].
  • 4 Hitung f(Jโ‚™): Evaluasi f(Jโ‚™) = KT(Jโ‚™) โˆ’ KT,req menggunakan 49 koefisien polinomial Wageningen dengan P/D=0.80, AE/A0=0.55, Z=4.
  • 5 Hitung fโ€ฒ(Jโ‚™): Evaluasi turunan analitik fโ€ฒ(J) = dKT/dJ, yaitu: fโ€ฒ(J) = ฮฃ CT ยท s ยท J^(sโˆ’1) ยท (0.80)^t ยท (0.55)^u ยท (4)^v untuk suku dengan s โ‰ฅ 1.
  • 6 Update J: J(n+1) = J(n) โˆ’ f(J(n)) / fโ€ฒ(J(n)). Ini adalah langkah inti Newton-Raphson.
  • 7 Cek konvergensi: Jika |f(Jโ‚™)| < ฮต = 10โปโถ, iterasi berhenti. Nilai J* = Jโ‚™ adalah solusi. Jika belum, kembali ke langkah 4.
  • 8 Hitung parameter akhir: Dari J*, hitung KT(J*), KQ(J*), efisiensi ฮทโ‚€ = J*ยทKT / (2ฯ€ยทKQ), dan daya yang dibutuhkan PD = 2ฯ€ยทnยทQ.

Flowchart โ€” Alur Idealization & InMULAI โ€” Idealization & Instruction Set


Sumber Data yang Digunakan

📘Politis, G.K. (2023) โ€” Wageningen B-series Open Water Propeller Performance Charts

DOI: 10.5281/zenodo.8352831. Sumber data chart KT, KQ, dan ฮท untuk semua kombinasi z, AE/A0, P/D, dan Reynolds number. Digunakan untuk tabel open-water dan validasi.

📗Bertram, V. (2012) โ€” Practical Ship Hydrodynamics, 2nd Edition

Butterworth-Heinemann. ISBN: 978-0-08-097150-6. Sumber rumus polinomial KT/KQ dan struktur tabel 49 koefisien Wageningen B-series.

📙Oosterveld & Van Oossanen (1975) Further Computer-Analysed Data of The Wageningen B-Screw Series

International Shipbuilding Progress, Vol. 22, No. 251. Sumber asli 49 koefisien KT dan 56 koefisien KQ yang menjadi standar internasional hingga saat ini.

Penutup Minggu 3

Proses idealisasi minggu ini mengajarkan bahwa memilih model yang tepat sama pentingnya dengan menghitungnya. Dengan menetapkan empat asumsi yang terjustifikasi dan menggunakan data Wageningen B-series berstandar internasional, diperoleh model yang cukup sederhana untuk dikomputasi namun tetap valid secara teknis.

Yang menarik adalah bagaimana 49 koefisien yang tampak rumit itu pada akhirnya menyederhanakan segalanya begitu P/D, AE/A0, dan Z disubstitusikan, KT menjadi fungsi J tunggal yang bisa langsung diturunkan analitik. Itulah keindahan dari idealisasi yang tepat.

K. Referensi

Daftar Pustaka
Bertram, V. (2012). Practical Ship Hydrodynamics, 2nd Edition. Butterworth-Heinemann, Elsevier. ISBN: 978-0-08-097150-6.
Politis, G.K. (2023). Wageningen B-series Open Water Propeller Performance Charts and Propeller Performance Behind Ship. Zenodo. DOI: 10.5281/zenodo.8352831.
Oosterveld, M.W.C. & Van Oossanen, P. (1975). Further Computer-Analysed Data of The Wageningen B-Screw Series. International Shipbuilding Progress, Vol. 22, No. 251, pp. 3โ€“14.
ITTC โ€“ Recommended Procedures and Guidelines. (2021). Testing and Extrapolation Methods Propulsion, Propulsor Open Water Test. ITTC 7.5-02-03-02.1.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *