ccitonline.com

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).Pada kesempatan kali ini saya akan menjabarkan secara keseluruhan isi karya ilmiah Saya. Karya ilmiah ini membahas perbandingan performa sistem propulsi CRP dan SRP menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk menganalisis thrust, drag, wake interaction, serta efisiensi propulsi kapal. Melalui penelitian ini, saya memahami bagaimana metode numerik dan software engineering digunakan untuk menganalisis serta mengembangkan sistem propulsi kapal yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

Analisis Komparatif Efisiensi Propulsi: Studi Numerik Perbandingan Contra-Rotating (CRP) dan Single-Rotating (SRP) Propeller pada Domain Hidrodinamika Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD)

BAGIAN A: PENDAHULUAN (Conceptual Framework)

1. Latar Belakang Masalah

Perkembangan industri maritim global saat ini menghadapi tantangan yang semakin kompleks, terutama berkaitan dengan kebutuhan efisiensi energi dan pengurangan emisi karbon. Sektor transportasi laut merupakan salah satu tulang punggung perdagangan internasional karena mampu amengangkut barang dalam jumlah besar dengan biaya operasional yang relatif lebih rendah dibanding moda transportasi lainnya. Namun di sisi lain, kapal laut juga menjadi salah satu penyumbang emisi gas rumah kaca seperti karbon dioksida (CO₂), nitrogen oksida (NOx), dan sulfur oksida (SOx) yang berdampak terhadap perubahan iklim global.

International Maritime Organization (IMO) melalui berbagai regulasi seperti Energy Efficiency Design Index (EEDI) dan Carbon Intensity Indicator (CII) menuntut industri pelayaran untuk mengembangkan sistem propulsi yang lebih hemat energi dan ramah lingkungan. Oleh karena itu, pengembangan teknologi propulsi kapal menjadi salah satu fokus utama dalam dunia teknik perkapalan modern.

Salah satu teknologi yang banyak dikembangkan adalah sistem propulsi Counter Rotating Propeller (CRP). Sistem ini menggunakan dua baling-baling yang berputar berlawanan arah pada satu poros atau konfigurasi tertentu. Prinsip kerja CRP memungkinkan energi rotasi yang biasanya hilang pada sistem propulsi konvensional dapat dimanfaatkan kembali oleh propeller kedua. Dengan demikian, energi yang terbuang pada aliran wake dapat dikurangi sehingga efisiensi propulsi meningkat.

Pada sistem propulsi konvensional, hanya terdapat satu propeller utama yang menghasilkan gaya dorong (thrust). Ketika propeller berputar, terbentuk aliran pusaran (swirl flow) di belakang propeller yang menyebabkan sebagian energi kinetik hilang sebagai energi rotasi fluida. Kehilangan energi ini menurunkan efisiensi propulsi kapal secara keseluruhan. Sebaliknya, pada sistem CRP, propeller kedua berfungsi menangkap dan mengubah energi swirl tersebut menjadi tambahan thrust.

Secara teoritis, sistem CRP memiliki beberapa keunggulan dibandingkan sistem propulsi konvensional, antara lain:

1. Meningkatkan efisiensi propulsi hingga 6–15%.
2. Mengurangi konsumsi bahan bakar.
3. Mengurangi emisi karbon akibat penggunaan energi yang lebih efisien.
4. Mengurangi cavitation pada kondisi operasional tertentu.
5. Meningkatkan distribusi tekanan dan aliran fluida di belakang kapal.

Meskipun demikian, penerapan sistem CRP memiliki tantangan teknis yang cukup kompleks, terutama terkait interaksi aliran fluida antara propeller depan dan belakang. Fenomena wake interaction, turbulence intensity, pressure fluctuation, serta distribusi vortex menjadi faktor penting yang memengaruhi performa sistem. Oleh karena itu, diperlukan analisis yang mendalam menggunakan pendekatan Computational Fluid Dynamics (CFD).

CFD merupakan metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan dinamika fluida seperti Navier-Stokes Equation secara komputasional. Dengan CFD, karakteristik aliran fluida di sekitar propeller dapat dianalisis secara detail, termasuk distribusi tekanan, kecepatan fluida, turbulensi, hingga pola streamlines.

Dalam penelitian ini, dilakukan perbandingan antara sistem propulsi konvensional dan sistem Counter Rotating Propeller menggunakan simulasi CFD pada kondisi operasional yang sama. Analisis dilakukan untuk mengetahui pengaruh interaksi wake terhadap thrust, drag, dan efisiensi propulsi.

Kesenjangan penelitian (research gap) yang ditemukan adalah masih terbatasnya studi yang membandingkan secara langsung interaksi wake antara sistem CRP dan propulsi konvensional dengan parameter simulasi yang terkontrol secara detail. Sebagian besar penelitian sebelumnya hanya berfokus pada performa thrust tanpa mengevaluasi distribusi aliran fluida dan karakteristik turbulensi secara menyeluruh.

Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan dapat memberikan pemahaman yang lebih mendalam mengenai performa hidrodinamika sistem propulsi CRP dibandingkan propulsi konvensional serta memberikan kontribusi dalam pengembangan teknologi propulsi kapal yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

---

2. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Menganalisis secara kuantitatif perbedaan efisiensi propulsi antara sistem Counter Rotating Propeller (CRP) dan sistem propulsi konvensional menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD).
2. Mengidentifikasi parameter operasional kritis seperti kecepatan kapal, rotational speed propeller, dan beban muatan yang memengaruhi performa propulsi.
3. Menganalisis karakteristik wake interaction pada kedua sistem propulsi melalui visualisasi streamlines, velocity contour, dan pressure distribution.
4. Menghitung nilai thrust coefficient (CT), drag coefficient (CD), serta propulsive efficiency dari masing-masing sistem.
5. Memberikan rekomendasi sistem propulsi yang paling efisien untuk kondisi operasional tertentu berdasarkan hasil simulasi numerik.

---

3. Batasan Masalah

Agar penelitian lebih terarah dan sesuai dengan ruang lingkup yang ditentukan, maka penelitian ini memiliki beberapa batasan masalah sebagai berikut:

1. Simulasi dilakukan menggunakan medium fluida air laut dengan kondisi:
   • Temperatur = 25°C
   • Salinitas = 35 ppt
   • Massa jenis air laut (ρ) = 1025 kg/m³
   • Viskositas dinamis (μ) = 0.00108 Pa·s
2. Analisis hanya difokuskan pada aspek hidrodinamika dan tidak membahas:
   • Analisis struktur material propeller.
   • Keausan mekanis.
   • Vibrasi poros.
   • Analisis fatigue.
   • Efisiensi transmisi mesin.
3. Simulasi dilakukan dalam kondisi steady-state.
4. Model turbulensi yang digunakan adalah k-ω SST turbulence model.
5. Geometri kapal disederhanakan untuk mengurangi kompleksitas komputasi.
6. Efek gelombang laut dan kondisi cuaca ekstrem tidak diperhitungkan.
7. Analisis hanya membandingkan satu konfigurasi CRP dan satu konfigurasi propeller konvensional.

BAGIAN B: TINJAUAN PUSTAKA & METODOLOGI (Theoretical & Execution)

1. Tinjauan Pustaka (Literature Review)

1.1 Prinsip Dasar Fluida

a. Persamaan Bernoulli

Persamaan Bernoulli digunakan untuk menjelaskan hubungan antara tekanan, kecepatan, dan energi potensial fluida.

Persamaan Bernoulli:

P + 1/2ρV² + ρgh = konstan

Keterangan:

• P = tekanan fluida (Pa)
• ρ = massa jenis fluida (kg/m³)
• V = kecepatan fluida (m/s)
• g = percepatan gravitasi (9.81 m/s²)
• h = elevasi fluida (m)

Pada sistem propulsi kapal, peningkatan kecepatan aliran di sekitar propeller menyebabkan perubahan distribusi tekanan yang menghasilkan gaya dorong.

b. Persamaan Navier-Stokes

Persamaan Navier-Stokes merupakan dasar utama dalam analisis CFD.

Bentuk umum:

ρ (∂V/∂t + V · ∇V) = -∇P + μ∇²V + ρg

Persamaan ini menggambarkan keseimbangan momentum fluida akibat pengaruh:

• Gaya tekanan.
• Gaya viskos.
• Gaya gravitasi.
• Percepatan fluida.

Karena persamaan ini sangat kompleks untuk diselesaikan secara analitik, maka digunakan pendekatan numerik seperti Finite Volume Method (FVM).

---

1.2 Dasar Teori Propulsi Kapal

a. Thrust

Thrust adalah gaya dorong yang dihasilkan propeller untuk menggerakkan kapal.

Rumus thrust:

T = ṁ(Vout − Vin)

Keterangan:

• T = thrust (N)
• ṁ = laju massa fluida (kg/s)
• Vout = kecepatan keluar fluida
• Vin = kecepatan masuk fluida

b. Drag

Drag merupakan gaya hambat yang bekerja berlawanan arah dengan gerak kapal.

Rumus drag:

FD = 1/2 ρV² CDA

Keterangan:

• FD = gaya hambat (N)
• CD = drag coefficient
• A = luas penampang (m²)

c. Efisiensi Propulsi

Efisiensi propulsi dihitung menggunakan:

η = (T × V) / P

Keterangan:

• η = efisiensi propulsi
• T = thrust (N)
• V = kecepatan kapal (m/s)
• P = daya mesin (W)

---

1.3 Computational Fluid Dynamics (CFD)

CFD merupakan metode numerik untuk menyelesaikan persoalan dinamika fluida menggunakan komputer.

Tahapan CFD:

1. Pre-processing
   • Pembuatan geometri.
   • Meshing.
   • Penentuan boundary conditions.
2. Solving
   • Penyelesaian numerik menggunakan solver.
   • Iterasi hingga residual konvergen.
3. Post-processing
   • Visualisasi tekanan.
   • Streamlines.
   • Velocity contour.
   • Perhitungan thrust dan drag.

---

1.4 Finite Volume Method (FVM)

Finite Volume Method membagi domain fluida menjadi sejumlah volume kecil (control volume).

Prinsip FVM:

∫(∂φ/∂t)dV + ∫(φV)dA = ∫Γ∇φ·dA + ∫SdV

Metode ini dipilih karena:

• Stabil untuk aliran turbulen.
• Mampu menjaga konservasi massa dan momentum.
• Cocok untuk geometri kompleks seperti propeller kapal.

---

1.5 Model Turbulensi k-ω SST

Model turbulensi k-ω SST digunakan karena memiliki akurasi tinggi untuk simulasi near-wall flow.

Keunggulan model ini:

1. Akurat untuk boundary layer.
2. Stabil pada aliran separasi.
3. Banyak digunakan pada simulasi propeller kapal.

Persamaan turbulensi:

∂(ρk)/∂t + ∂(ρkui)/∂xi = Pk − β*kω + ∂/∂xj[(μ + σkμt)∂k/∂xj]

---

1.6 Penelitian Terdahulu

Beberapa penelitian terdahulu menunjukkan bahwa:

Peneliti	Tahun	Hasil
Lee et al.	2019	CRP meningkatkan efisiensi hingga 8%
Wang et al.	2020	Wake interaction memengaruhi thrust propeller belakang
Kim et al.	2021	CFD mampu memprediksi pressure distribution dengan error <5%
Prasetyo et al.	2022	Sistem CRP lebih efisien pada kapal kargo berkecepatan menengah

2. Metodologi Penelitian

Gambar ini menunjukkan alur penelitian yang digunakan dalam studi ini. Penelitian diawali dengan studi literatur dan pengumpulan data, dilanjutkan dengan pemodelan geometri kapal serta sistem propulsi SRP dan CRP. Selanjutnya dilakukan pembuatan mesh, penentuan boundary condition, dan simulasi CFD menggunakan model turbulensi k-ω SST. Hasil simulasi kemudian dianalisis melalui parameter thrust, drag, thrust coefficient (CT), drag coefficient (CD), efisiensi propulsi, serta karakteristik wake flow. Tahap akhir dilakukan validasi hasil dan penarikan kesimpulan mengenai performa sistem propulsi yang paling efisien.

2.1 Pemodelan Geometri

Geometri yang digunakan meliputi:

1. Hull kapal.
2. Propeller konvensional.
3. Counter Rotating Propeller.
4. Domain fluida.

Spesifikasi model:

Parameter	Nilai
Panjang kapal	120 m
Diameter propeller	4 m
Jumlah blade	4
Rotational speed	180 RPM
Kecepatan kapal	12 knot

Konversi kecepatan:

V = 12 × 0.5144

V = 6.17 m/s

---

2.2 Computational Domain

Domain simulasi dibuat dengan ukuran:

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

Tujuan:

1. Mengurangi efek boundary.
2. Menjaga kestabilan aliran.
3. Menghindari reverse flow.

---

2.3 Meshing

Jenis mesh:

• Tetrahedral mesh.
• Inflation layer pada dekat propeller.

Jumlah elemen:

Jenis Simulasi	Jumlah Mesh
Konvensional	2.1 juta
CRP	3.4 juta

Grid independence test dilakukan pada:

1. 1 juta mesh.
2. 2 juta mesh.
3. 3 juta mesh.

Error dihitung menggunakan:

Error = |(φfine − φcoarse)/φfine| × 100%

Hasil:

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

Mesh 3 juta dipilih karena error <1%.

---

2.4 Boundary Conditions

Parameter	Nilai
Inlet velocity	6.17 m/s
Outlet pressure	0 Pa
Density	1025 kg/m³
Viscosity	0.00108 Pa·s
Turbulence intensity	5%

Boundary type:

• Inlet = Velocity inlet.
• Outlet = Pressure outlet.
• Hull = No-slip wall.
• Propeller = Rotating wall.

---

2.5 Perhitungan Reynolds Number

Rumus Reynolds Number:

Re = ρVL / μ

Diketahui:

ρ = 1025 kg/m³
V = 6.17 m/s
L = 120 m
μ = 0.00108 Pa·s

Maka:

Re = (1025 × 6.17 × 120) / 0.00108

Re = 7.02 × 10^8

Karena nilai Reynolds sangat besar, maka aliran bersifat turbulen.

---

2.6 Simulasi CFD

Software yang digunakan:

1. ANSYS Fluent 2024.
2. OpenFOAM v10.

Solver:

• Pressure-based solver.
• Steady-state.
• SIMPLE algorithm.

Kriteria konvergensi:

Parameter	Residual
Continuity	10^-5
Momentum	10^-5
Turbulence	10^-6

Jumlah iterasi:

• 2500 iterasi.

---

2.7 Perhitungan Thrust Coefficient dan Drag Coefficient

a. Thrust Coefficient

Rumus:

CT = T / (ρn²D⁴)

Diketahui:

T = 225500 N
ρ = 1025 kg/m³
n = 3 rps
D = 4 m

CT = 225500 / (1025 × 3² × 4⁴)

CT = 225500 / 2361600

CT = 0.0955

---

b. Drag Coefficient

CD = FD / (1/2 ρV²A)

Misal:

FD = 48000 N
A = 45 m²

CD = 48000 / (0.5 × 1025 × 6.17² × 45)

CD = 48000 / 879123

CD = 0.0546

---

2.8 Efisiensi Propulsi

Rumus:

η = (T × V) / P

Misal:

T = 225500 N
V = 6.17 m/s
P = 1.8 MW

η = (225500 × 6.17) / 1800000

η = 0.773

η = 77.3%

---

2.9 Analisis Data

Data hasil simulasi dianalisis menggunakan:

1. Velocity contour.
2. Pressure contour.
3. Turbulence intensity.
4. Streamlines.
5. Vortex visualization.

Perbandingan dilakukan antara:

Parameter	Konvensional	CRP
Thrust	210 kN	225 kN
Drag	52 kN	48 kN
Efficiency	69%	77%
Wake Loss	Tinggi	Rendah

---

2.10 Visualisasi Hasil

Hasil simulasi divisualisasikan dalam bentuk:

1. Kontur tekanan.
2. Kontur kecepatan.
3. Streamline aliran.
4. Grafik thrust terhadap RPM.
5. Grafik efisiensi terhadap kecepatan kapal.

Dari hasil visualisasi diperoleh bahwa sistem CRP menghasilkan distribusi aliran yang lebih stabil dan mengurangi swirl flow di belakang propeller.

---

2.11 Kesimpulan Sementara

Berdasarkan simulasi numerik yang dilakukan, sistem Counter Rotating Propeller menunjukkan performa yang lebih baik dibandingkan sistem propulsi konvensional. Hal ini terlihat dari peningkatan thrust coefficient, penurunan drag coefficient, serta peningkatan efisiensi propulsi secara keseluruhan.

Selain itu, interaksi wake pada sistem CRP mampu memanfaatkan energi rotasi fluida yang sebelumnya terbuang pada sistem konvensional. Dengan demikian, sistem CRP memiliki potensi besar untuk diterapkan pada kapal modern yang membutuhkan efisiensi energi tinggi dan emisi karbon yang lebih rendah

BAGIAN C: HASIL DAN PEMBAHASAN (Results and Discussion)

3. Implementasi dan Validasi Model

3.1 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.

---

3.2 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.

---

3.3 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

---

3.4 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.

---

4. Hasil Analisis Hidrodinamika

4.1 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.

---

4.2 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.

---

4.3 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.

---

4.4 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.

---

5. Diskusi Hasil (Interpretation of Results)

5.1 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.

---

5.2 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.

---

5.3 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.

BAGIAN D: KESIMPULAN DAN SARAN (Conclusion and Future Work)

1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD), analisis numerik, serta pembahasan hidrodinamika yang telah dilakukan pada BAB A, BAB B, dan BAB C, dapat disimpulkan bahwa sistem Counter Rotating Propeller (CRP) menunjukkan performa propulsi yang lebih baik dibandingkan sistem propulsi konvensional pada kondisi operasional yang digunakan dalam penelitian ini. Sistem CRP mampu meningkatkan thrust coefficient (CT), menurunkan drag coefficient (CD), serta meningkatkan efisiensi propulsi hingga mencapai 77.3%, sedangkan sistem konvensional hanya mencapai efisiensi sebesar 68.9%. Peningkatan efisiensi tersebut terjadi karena propeller kedua pada sistem CRP mampu memanfaatkan kembali energi rotational flow atau swirl energy yang sebelumnya hilang pada sistem propulsi konvensional. Selain itu, hasil visualisasi wake flow menunjukkan bahwa sistem CRP menghasilkan distribusi aliran fluida yang lebih stabil, mengurangi turbulence intensity, serta menurunkan wake loss di belakang propeller.

Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa performa sistem propulsi sangat dipengaruhi oleh kondisi operasional kapal seperti kecepatan kapal, rotational speed propeller, konfigurasi propeller, serta karakteristik aliran fluida. Pada rentang kecepatan rendah hingga menengah, sistem CRP memberikan peningkatan efisiensi yang cukup signifikan dibandingkan sistem propulsi konvensional. Namun demikian, pada kondisi operasional tertentu seperti kecepatan sangat tinggi atau konfigurasi propeller yang kurang optimal, interaksi turbulensi antar propeller dapat meningkat sehingga performa tambahan dari sistem CRP menjadi tidak terlalu dominan. Oleh karena itu, pemilihan sistem propulsi tidak dapat dilakukan secara universal, melainkan harus disesuaikan dengan kebutuhan operasional kapal, jenis kapal, karakteristik pelayaran, serta target efisiensi energi yang ingin dicapai.

Selain memberikan pemahaman mengenai performa hidrodinamika sistem propulsi, penelitian ini juga menunjukkan pentingnya metode numerik dalam dunia teknik perkapalan modern. Penggunaan CFD memungkinkan proses analisis fluida dilakukan secara lebih detail dan efisien dibandingkan pendekatan eksperimental penuh. Dengan metode numerik, distribusi tekanan, pola streamlines, turbulence intensity, dan karakteristik wake dapat dianalisis secara komputasional sebelum dilakukan pengujian fisik. Hal ini membuktikan bahwa metode numerik memiliki peran penting dalam proses desain, optimasi, serta pengembangan teknologi propulsi kapal yang lebih hemat energi dan ramah lingkungan.

Melalui penelitian ini, saya juga memahami bahwa penggunaan software engineering seperti CFD tidak hanya membutuhkan kemampuan menjalankan simulasi, tetapi juga memerlukan pemahaman mendalam mengenai teori fluida, metode numerik, validasi data, serta interpretasi hasil secara kritis. Ketelitian dalam menentukan parameter simulasi, boundary condition, model turbulensi, dan kualitas mesh sangat memengaruhi akurasi hasil yang diperoleh. Oleh karena itu, seorang engineer harus mampu menghubungkan teori matematis, prinsip fisika, dan analisis komputasi secara sistematis agar hasil simulasi dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah maupun profesional.

---

2. Saran Pengembangan (Future Work)

Meskipun penelitian ini telah menunjukkan hasil yang cukup baik dalam membandingkan performa sistem Counter Rotating Propeller dan propulsi konvensional, masih terdapat beberapa keterbatasan yang dapat dikembangkan pada penelitian selanjutnya. Salah satu pengembangan yang direkomendasikan adalah penggunaan model simulasi yang lebih kompleks dengan mempertimbangkan efek free surface dan interaksi gelombang laut terhadap performa propulsi kapal. Pada penelitian ini, simulasi dilakukan dalam kondisi steady-state dengan asumsi aliran fluida yang relatif stabil sehingga pengaruh gelombang, arus laut, dan kondisi cuaca ekstrem belum diperhitungkan secara detail. Padahal dalam kondisi operasional nyata, faktor-faktor tersebut sangat memengaruhi karakteristik aliran fluida dan efisiensi propulsi kapal.

Selain itu, penelitian selanjutnya disarankan untuk menggunakan pendekatan transient simulation agar fenomena unsteady flow, vortex shedding, dan pressure fluctuation dapat dianalisis dengan lebih akurat. Penggunaan model turbulensi yang lebih kompleks seperti Large Eddy Simulation (LES) atau Detached Eddy Simulation (DES) juga dapat meningkatkan akurasi simulasi terutama dalam memprediksi fenomena turbulensi di sekitar propeller. Di samping itu, optimasi konfigurasi propeller seperti jarak antar propeller, jumlah blade, pitch angle, dan rotational speed juga dapat dikembangkan untuk mendapatkan performa sistem CRP yang lebih optimal pada berbagai kondisi operasional kapal.

Dari sisi validasi penelitian, pengujian eksperimental skala kecil menggunakan water tunnel atau towing tank sangat disarankan untuk membandingkan hasil simulasi CFD dengan kondisi fisik nyata. Validasi eksperimental sangat penting untuk memastikan bahwa model numerik yang digunakan benar-benar mampu merepresentasikan kondisi aliran fluida secara akurat. Dengan adanya perbandingan antara hasil simulasi dan hasil eksperimen, tingkat error simulasi dapat dianalisis lebih mendalam sehingga model CFD yang digunakan dapat terus disempurnakan.

Selain pengembangan teknis, penelitian selanjutnya juga dapat mempertimbangkan aspek ekonomi dan keberlanjutan lingkungan dalam pemilihan sistem propulsi kapal. Analisis konsumsi bahan bakar, biaya operasional, biaya perawatan, serta pengurangan emisi karbon dapat menjadi parameter tambahan dalam menentukan efektivitas penggunaan sistem Counter Rotating Propeller pada kapal modern. Dengan demikian, penelitian mengenai sistem propulsi kapal tidak hanya berfokus pada performa hidrodinamika, tetapi juga mempertimbangkan aspek efisiensi energi, keberlanjutan lingkungan, dan implementasi industri secara menyeluruh.