1

Abstract Di dalam kamar mesin terdapat mesin dan peralatan yang menunjang pengoperasian kapal. Pada saat mesin dan peralatan beroperasi, kondisi udara di dalam kamar mesin menjadi panas sehingga perlu pemasangan sistem ventilasi udara mekanikal. Untuk mengevaluasi apakah sistem ventilasi udara yang terpasang telah menghasilkan sirkulasi udara sesuai kebutuhan maka besar nilai distribusi suhu, tekanan dan kecepatan udara perlu diketahui. Nilai distribusi suhu, tekanan dan kecepatan udara bisa diketahui menggunakan simulasi computational fluid dynamics dengan metode shear stress transfort.

Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa dengan kapasitas blower 50000 m/h, distribusi suhu rata-ratanya masih tinggi yaitu sekitar 48,5C pada jarak 9,6 meter dari tampak samping dan 54,13C pada jarak 8,5 meter dari tampak atas. Dengan adanya variasi penambahan kecepatan udara suplai inlet ducting maka suhu kamar mesin menjadi turun (prosentase penurunan suhu sekitar 0,5% sampai 5% untuk jarak 9,6 meter dari tampak samping dan 1,5% sampai 6,5% untuk 8,5 meter dari tampak atas), sedangkan tekanan rata-rata di kamar mesin semakin naik dan kecepatan aliran udara streamline rata-rata naik turun untuk semua variasi.

Index Terms Kamar Mesin Kapal Tanker, Sistem Ventilasi

Udara Mekanikal, CFD.

I. PENDAHULUAN istem ventilasi dan pengkondisian udara merupakan sistem yang sangat dibutuhkan untuk menjaga

kenyamanan di kapal salah satunya di dalam kamar mesin. Di dalam kamar mesin terdapat mesin penggerak kapal yang biasanya dinamakan mesin induk atau mesin utama. Selain itu terletak sumber tenaga untuk membangkitkan listrik yang berupa generator listrik kapal, pompa-pompa, dan bermacam-macam peralatan kerja yang menunjang pengoperasian kapal [1]. Pada saat mesin dan peralatan tersebut beroperasi, kondisi udara di dalam kamar mesin menjadi panas karena permesinan dan peralatan bersifat membebaskan panas atau membuang panas sehingga suhu ruangan kamar mesin meningkat. Untuk mengatasi masalah tersebut maka diperlukan suatu sistem ventilasi dan saluran udara untuk membuang udara yang panas dan mengambil udara luar untuk disirkulasikan kembali dalam kamar mesin [2].

Sistem ventilasi yang digunakan di kamar mesin kapal untuk mensuplai udara yaitu sistem ventilasi udara mekanikal (mechanical ventilation system) dimana terdapat blower dan saluran udara (ducting) serta lubang exhaust funnel [3]. Saluran udara (ducting) untuk kamar mesin tersebut selalu bekerja bersamaan saat udara dari luar masuk untuk mensuplai kebutuhan udara dalam kamar mesin dan untuk membuang udara panas dari dalam kamar mesin adalah dengan cara dihisap keluar melalui saluran exhaust atau pada kondisi tertentu udara keluar mengalir secara natural melalui lubang ventilasi (exhaust funnel) [3].

Untuk mengetahui optimal tidaknya sistem ventilasi udara mekanikal yang terpasang pada kamar mesin kapal- kapal tanker 6500 DWT, maka besar nilai distribusi suhu, tekanan dan kecepatan aliran udara di kamar mesin perlu diketahui. Nilai distribusi suhu, tekanan dan kecepatan aliran udara pada perencanaan kamar mesin kapal bisa diketahui dengan simulasi menggunakan computational fluid dynamics [4]. Input untuk simulasi menggunakan computational fluid dynamisc ini berupa bentuk dimensional dari kamar mesin, saluran udara (ducting) dan mesin serta peralatan yang terdapat di kamar mesin, letak dan besar panas yang dikeluarkan mesin dan perlatan, kecepatan udara inlet ducting yang masuk ke kamar mesin dan bentuk dimensional dari exhaust funnel. Sedangkan output yang dihasilkan berupa arah aliran udara, tekanan, suhu dan kecepatan aliran udara dalam kamar mesin. Sehingga data output dari simulasi computational fluid dynamic dapat digunakan untuk mengevaluasi apakah sistem ventilasi yang terpasang tersebut telah menghasilkan sirkulasi udara sesuai kebutuhan serta menganalisa pengaruh variasi supply aliran udara terhadap varibel kondisi udara ruang mesin yang meliputi suhu, tekanan dan kecepatan aliran udara di ruang mesin.

Pada makalah ini dijelaskan tentang bagaimana mengevaluasi sistem ventilasi udara mekanikal yang terpasang di kamar mesin dan menganalisa pengaruh perubahan supply aliran udara inlet ducting terhadap varibel kondisi udara ruang mesin yang meliputi suhu, tekanan dan kecepatan aliran udara menggunakan simulasi computational fluid dynamic dengan metode SST.

II. DASAR TEORI

Bagian ini berisi tentang teori atau pustaka yang mendukung riset/penelitian.

A. Pengkondisian Udara dan Sistem Ventilasi di Kamar Mesin Kapal Tanker. Kapal tanker adalah salah satu jenis kapal laut yang

digunakan untuk mengangkut muatan benda cair. Di dalam kapal tanker ini terdapat ruang kamar mesin yang hampir terisolasi dari udara luar. Di dalam kamar mesin terdapat mesin dan peralatan seperti mesin penggerak kapal atau dinamakan mesin utama, peralatan sebagai sumber tenaga untuk membangkitkan listrik berupa generator listrik kapal, pompa-pompa, dan bermacam-macam peralatan lainnya yang menunjang pengoperasian kapal [3]. Ketika mesin dan peralatan tersebut beroperasi, maka kondisi ruangan kamar ini menjadi panas. Untuk mengatasi panas tersebut maka diperlukan sistem ventilasi yang berfungsi untuk menyuplai udara segar ke dalam kamar mesin dan juga untuk mensirkulasikan udara panas yang dikeluarkan oleh mesin dan peralatan ke luar kamar mesin, sehingga suhu dikamar mesin tidak melebihi 45C atau lebih dari 5C dari suhu udara

ANALISA SUPPLY ALIRAN UDARA TERHADAP VARIABEL SUHU, TEKANAN DAN KECEPATAN UDARA PADA KAMAR

MESIN KAPAL TANKER 6500 DWT MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

Puspa Puspitasari 1), Ridho Hantoro 2), Sarwono 3) 1) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology

ITS Surabaya Indonesia 60111, email:mpus_1010@yahoo.com

S.

http://kapal-cargo.blogspot.com/2011/04/generator-kapal.htmlhttp://kapal-cargo.blogspot.com/2011/04/generator-kapal.html

2

luar [10]. Jenis sistem ventilasi udara yang digunakan di dalam kamar mesin kapal yaitu sistem ventilasi udara mekanikal (mechanical ventilation system) atau yang dikenal dengan nama engine room blower/exhaust fan dimana sirkulasi udara diatur melalui saluran udara (ducting) yang terbuat dari pelat baja yang memiliki lubang-lubang pengarah sesuai dengan kebutuhan [3]. Saluran udara untuk kamar mesin ini selalu bekerja bersamaan saat udara dari luar masuk untuk mensuplai kebutuhan udara dalam kamar mesin dan udara panas dari dalam kamar mesin akan di buang melalui lubang ventilasi (exhaust funnel). Terdapat beberapa standard ventilasi udara di kamar mesin diantaranya: Berdasarkan ISO 8861:1998 tentang Shipbuilding, Engine-Room Ventilation In Diesel, Engined Ships, Design Requirements And Basis Of Calculations kondisi design kamar mesin yaitu suhu lingkungan udara luar dapat diambil untuk kamar mesin sekitar +35 oC. RH 70 % dan tekanan 101,3 kPa. Kenaikan suhu dari udara masukan ke udara yang di tuju dari ruang mesin sampai selubung masuk diambil sekitar +12,5 K (peningkatan suhu udara di ruang mesin yaitu perbedaan antara inlet dan outlet suhu diukur pada kondisi desain). Dalam kondisi normal, dimana pada saat mesin dan peralatan di ruang mesin dinyalakan, suhu ruang mesin mencapai 10-12 C lebih tinggi dari temperatur udara ambien di luar atau sekitar 45-47 oC. Menurut Biro Klasifikasi Indonesia (2001:volume 8) tentang Rules For The Classification And Construction Of Seagoing Steel Ships For Refrigerating Instalation. Kondisi yang dipersyaratkan pada kamar mesin yang berisi mesin, peralatan dan alat-alat bantu lainnya dan dioperasikan pada kondisi kerja di daerah tropis yaitu sebagai berikut: - Suhu maksimum kamar mesin : 45C atau lebih dari 5C

dari temperatur udara luar - Suhu maksimum air laut : 32C - Kelembaban relatif : 50% - Tekanan barometer : 76 cm Hg

Sedangkan berdasarkan IACS (International Association of Classification Societies) 1978: rule M28, kondisi acuan yang berlaku untuk kamar mesin kapal adalah - Total barometric pressure : 1,000 mbar - Air temperature : +45C - Relative humidity : 60% - Seawater temperature : 32C (Charge air

coolant_inlet)

B. Kalor Yang Dibebaskan oleh Mesin dan Peralatan Persamaan matematis beban panas yang dibebaskan oleh mesin dan peralatan yang ada dikamar mesin menurut jurnal SNAME bulletin 4-16 tentang calculation merchant ship heating ventilation and air conditioning design adalah sebagai berikut: a. Beban panas yang dibebaskan oleh main engine dan

auxuliary engine Panas yang dibebaskan oleh main engine dan auxiliary

engine dapat dihitung dengan persamaan : Q = 0,02 Ne x gc x Qf (1)

Dimana: Ne = Daya main engine, HP gc = Specific fuel oil consumption, kg/HP.hr

Qf = Caloric value of fuel (DO = 10100 kkal/kg)

b. Beban panas yang dibebaskan oleh peralatan dengan sumber daya motor listrik

Motor listrik yang menjadi sumber tenaga dari peralatan akan membebaskan panas ketika bekerja, panas yang

dibebaskan oleh motor listrik dapat dihitung dengan persamaan:

=

1864xNxQ (2)

Dimana: N = Daya motor, HP = Efisiensi motor, dimana efisiensi motor

adalah:

Tabel 1. Efisiensi motor listrik Daya motor (HP) Efisiensi

1/8 0,5 1/6 1/4 0,6 1/3 2 0,7 2 - 10 0,85 10 0,9

C. Computational Fluid Dynamics (CFD) Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah metode

penghitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan volume dengan memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan penghitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya. Prinsipnya adalah suatu ruang yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya dinamakan meshing. Bagian-bagian yang terbagi tersebut merupakan sebuah kontrol penghitungan. Kontrol- kontrol penghitungan ini merupakan pembagian ruang atau meshing. Pada setiap titik kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan dengan batasan domain dan boundary condition yang telah ditentukan. Dalam tugas akhir ini akan digunakan software Ansys CFX versi 11.0. Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3 bagian utama yaitu:

Prepocessor Solver Post processor

Preprocessor Langkah-langkah dalam tahap pre-processing yaitu:

- Definisi geometri region yang telah di buat - Pemecahan domain menjadi beberapa sub domain yang

lebih kecil dan non overlapping dari hasil meshing geometri

- Pemilihan fenomena fisik yang perlu dimodelkan - Definisi properties fluida - Pemberian boundary condition/ kondisi batas yang sesuai

pada sel-sel yang berhimpit dengan batas domain Akurasi CFD ditentukan oleh jumlah sel dalam grid.

Secara umum, semakin besar jumlah sel maka semakin baik keakurasiannya. Lama tidaknya perhitungan dalam iterasi tergantung kepada halus atau rapatnya grid. Pembuatan geometri pada CFX-Build dapat dibuat secara langsung dari CFX Build maupun diimpor dari program CAD yang lainnya seperti PATRAN, UNIGRAPHICS, CATIA, ACAD, PRO/ENGINEER dan lain-lain.

Solver Dalam tahap ini akan dilakukan perhitungan terhadap model yang di buat pada tahap pre processor. Terdapat 3 macam teknik solusi numerik yaitu beda hingga (finite difference), elemen hingga (finite element) dan metode spektral. Perbedaan ketiga metode tersebut adalah sebagai berikut: Metode Beda Hingga (Finite Difference Method) Menggambarkan variabel tidak diketahui sebuah problem aliran dengan cara sampel-sampel titik pada titik-titik nodal sebuah grid dari garis koordinat. Ekspansi Deret Taylor

3

terpotong sering dipakai untuk membangun aproksimasi-aproksimasi beda hingga derivative dalam suku-suku sampel-sampel titik di masing-masing titik grid dan tetangga terdekat. Derivatif tersebut muncul dalam persamaan atur digantikan oleh beda hingga menghasilkan persamaan aljabar untuk nilai-nilai di setiap titik grid. Metode Elemen Hingga (Finite Element Method)

Menggunakan fungsi-fungsi potong (piecewise) sederhana (misalnya linier atau kuadratik) pada elemen-elemen untuk menggambarkan variasi-variasi lokal variabel aliran yang tidak diketahui . Persamaan atur terpenuhi secara tepat oleh solusi eksak . Jika fungsi-fungsi aproksimasi potong untuk disubstitusikan ke dalam persamaan, terdapat sebuah ketidak pastian hasil (residual) yang didefinisikan untuk mengukur kesalahan. Kemudian residual (kesalahan) diminimalkan melalui sebuah pengalian dengan sebuah set fungsi berbobot dan mengintegrasikannya. Hasilnya diperoleh sekumpulan persamaan aljabar untuk koefisien-koefisien tak diketahui dari fungsi-fungsi aproksimasi. Teori elemen hingga awalnya dikembangkan untuk analisis tegangan struktur. Metode Spektral (Spectral Method)

Mengaproksimasikan variabel dengan deret Fourier terpotong atau deret Polinomial Chebyshev. Aproksimasi tidak secara lokal namun valid di semua domain komputasional, mengganti tak diketahui dalam persamaan atur dengan deret-deret terpotong. Batasan yang membawa ke persamaan aljabar untuk seluruh koefisien deret Fourier dan Chebyshev diberikan oleh konsep residual berbobot mirip dengan elemen hingga atau membuat fungsi aproksimasi serupa dengan solusi eksak pada sebuah nilai dari titik-titik grid. Metode Volume Hingga (Finite Volume Method)

Awalnya dikembangkan untuk special formulasi beda hingga, algoritma numerik terdiri dari langkah : Intergrasi persamaan atur aliran fluida di seluruh volume atur (hingga) dari domain solusi, diskretisasi dengan substitusi beragam aproksimasi beda hingga untuk suku-suku persamaan terintegrasi proses aliran seperti konveksi, difusi dan sumber. Akan dikonversikan persamaan integral menjadi sebuah sistem persamaan aljabar dan solusi persamaan-persamaan aljabar dengan metode iterative.

Post-processor Hasil penghitungan modul solver berupa nilai-nilai

numerik (angka-angka) variabel-variabel dasar aliran seperti kecepatan aliran udara, tekanan, temperatur dan fraksi-fraksi masa. Dalam post-processor hasil-hasilnya disajikan dalam bentuk visualisasi ataupun kontur-kontur distribusi parameter-parameter aliran fluida. Adapun data visualisasi model yang bisa ditampilkan oleh post processor adalah gambar geometri model, gambar surface sifat fluida, animasi aliran fluida, tampilan vector kecepatan, gerakan rotasi, translasi dan penyekalaan serta arah aliran fluida.

D. Proses Validasi Tahap validasi berdasarkan (AEA Technology, 1996)

selama proses perhitungan dengan pendekatan CFD dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu: a. Convergence

Pada tahap ini proses iterasi perhitungan akan selalu dikontrol dengan persamaan pengendali. Jika hasil perhitungan belum sesuai dengan tingkat kesalahan yang ditentukan, maka komputasi akan terus berjalan. Berikut adalah beberapa grafik RMS yang menunjukan konvergensi proses iterasi.

Gbr 1. Konvergensi dan proses iterasi error

Konvergensi menunjukkan error apabila selama proses iterasi grafik yang terjadi naik turun dan cenderung datar, tidak mengalami penurunan.

Gbr 2.Konvergensi dan proses iterasi yang terlalu cepat

Konvergensi menunjukkan prematur apabila iterasi berhenti sebelum waktu yang telah ditentukan.

Gbr 3. Konvergensi yang normal

Konvergensi yang normal terjadi apabila pada grafik, literasi yang terjadi cenderung turun dan berhenti setelah waktu yang ditentukan. b. Grid Independence Besamya jumlah cell yang kita gunakan dalam perhitungan akan menentukan keakuratan hasil yang didapat karena jumlah cell juga dapat mempengaruhi perubahan bentuk geometri pada saat dilakukan defineite. Tetapi tidak selamanya dengan jumlah cell yang banyak akan menambah keakuratan hasil perhitungan. Dengan demikian pengguna dituntut untuk dapat menentukan jumlah cell yang optimum, agar waktu dan memori komputer yang terpakai tidak terlalu besar.

III. METOLOGI PENELITIAN Berdasarkan alur penelitian, penelitian ini sebagian besar

dilakukan dengan menggunakan simulasi CFD dengan terlebih dahulu mempelajari studi literatur terhadap materi yang terkait dengan pelaksanaan tugas akhir yang akan dilakukan, yaitu pemahaman mengenai karakteristik kondisi udara di ruang mesin kapal, pemahaman sistem ventilasi udara atau mechanical ventilation system di ruang mesin kapal, pemahaman CFD menggunakan software ansys CFX versi 11.0. Adapun alur penelitian yang di buat adalah sebagai berikut:

4

Pengumpulan data spesifikasi mesin dan peralatan dikamar

mesin, spesifikasi blower, layout kamar mesin dan sistem ventilasi

ErrorYa

Tidak

Studi literatur sistem ventilasi mekanikal dikamar mesin kapal,

karaktersistik udara,CFD

Mulai

Meshing

Perhitungan beban panas yang dibebaskan oleh mesin dan peralatan di kamar mesin

Pembuatan model geometri ventilasi ducting, geometri kamar mesin, jenis-jenis komponen

peralatan, dan pembuatan kondisi batas di ANSYS ICEM CFD

Analisa pengaruh perubahan supply aliran udara terhadap varibel kondisi

udara ruang mesin yang meliputi temperatur, kecepatan aliran udara dan

tekanan

Kesimpulan

Selesai

Input model pada ansys-pre

Running model pada ansys solver

Error

Running model pada ansys post

Ya

Tidak

Gbr. 4. Alur Penelitian

Sedangkan langkah-langkah yang dilakukan selanjutnya yaitu:

A. Pengumpulan Data Spesifikasi dari Lapangan a) Spesifikasi mesin-mesin dan peralatan yang membebaskan

panas di kamar mesin. Main engine Type : 6L32 WARTSILA Jumlah silinder : 6 silinder Daya : 2760 KW =3701.221 HP SFOC : 176 gr/kW.h=131.2gr/HP= 0.131 Kg/Hp.hr Putaran : 750 RPM Auxiliary Engine Type : YANMAR 6NY16L-SNX360 Jumlah silinder : 6 silinder Daya : 360 KW = 482.768 HP SFOC : 0.131 Kg/Hp.hr Putaran : 1200 RPM Jenis-jenis peralatan dengan sumber daya motor listrik Tabel 2. Jenis-jenis peralatan dengan sumber daya motor listrik yang terdapat

di kamar mesin kapal Tanker 6500 DWT

Jenis Komponen peralatan Jumlah Power motor (KW) Room

Cooling SW pump 2 11 Lantai 1 Standby HT FW cooling pump 1 11 Lantai 1 Standby LT FW cooling pump 1 11 Lantai 1

ME lube oil standby pump 1 26 Lantai 1 Cargo oil pump 3 123 Lantai 1

Main air compressor 2 22 Lantai 2

b) Spesifikasi kapasitas blower/ mechanical ventilation system untuk mensuplai kebutuhan udara di kamar mesin.

Type : AHED 900/12-12/5Z/50 Power : 34.5 KW Phase- V : 3 Ph-440 V Speed : 1750 RPM Frekuensi : 60 Hz Noise : - Capacity : 50000 m3/H

B. Perhitungan Beban Panas yang Dibebaskan oleh Mesin dan Peralatan di Kamar Mesin

1. Beban panas yang dibebaskan oleh main engine dan auxiliary engine Panas yang dibebaskan oleh main engine, yaitu:

Q = 0,02 Ne x gc x Qf Q = 0,02 x 3701,221x 0,131 x 10100 =97941,7101kkal/jam=27206,06kal/detik=113805 watt Panas yang dibebaskan oleh auxiliary engine, yaitu: Q = 0,02 Ne x gc x Qf Q = 0,02 x 482,768x 0,131 x 10100 = 12775,007kkal/jam=3548,61kal/detik= 14844,11watt Karena auxiliary engine yang terdapat di kamar mesin sebanyak 3 buah dengan daya yang sama, maka auxiliary engine yang lainnya juga mengeluarkan panas sebesar 14844,11 Watt. 2. Beban panas yang dibebaskan oleh peralatan dengan

sumber daya motor listrik Contoh perhitungan panas yang dibebaskan oleh cooling SW pump1: Q = 864 x N x [(1-)/] Q = 864 x 14,75 x [(1-0,9)/0,9] Q =1416 kkal/jam = 393,33 kal/detik = 645,34 watt

Adapun hasil perhitungan untuk semua peralatan yaitu: Tabel 3. Beban panas yang dibebaskan oleh peralatan

Nama Komponen peralatan

Motor power Beban Panas yang

dibebaskan KW HP kkal/jam kal/detik watt

Cooling SW pump 1 11 14,75 0,9 1416,00 393,33 1645,34 Cooling SW pump 2 11 14,75 0,9 1416,00 393,33 1645,34

Standby HT FW cooling pump 11 14,75 0,9 1416,00 393,33 1645,34

Standby LT FW cooling pump 11 14,75 0,9 1416,00 393,33 1645,34

ME lube oil standby pump 26 34,87 0,9 3347,52 929,87 3889,70

Main air Compressor 1 22 29,5 0,9 2832,00 786,67 3290,69 Cargo oil pump 123 164,9457 0,9 15834,79 4398,55 18399,48

Main air Compressor 2 22 29,5 0,9 2832,00 786,67 3290,69

C. Simulasi Menggunakan Computational Fluid Dynamics Simulasi di ruang mesin menggunakan CFD dilakukan melalui 2 tahap, yaitu tahap pertama adalah simulasi model saluran udara (ducting) di kamar mesin dan tahap kedua simulasi model kamar mesin.

Simulasi model saluran udara (ducting) Simulasi ini dilakukan untuk mendapatkan nilai output yang berupa kecepatan aliran udara pada ujung-ujung saluran ducting. Karena di kamar mesin terdapat dua ducting yang tidak saling berhubungan, sehingga untuk mendapatkan nilai output tersebut simulasi harus dilakukan secara tidak bersamaan pada masing-masing model ducting 1 dan ducting 2. Variabel yang dibuat bervariasi pada simulasi model ducting yaitu kecepatan aliran udara inlet ducting (V) dengan rencana variasi simulasi sebagai berikut:

Tabel 4. Rencana simulasi tahap pertama (model ducting)

Variasi Blower capacity dan kecepatan aliran udara inlet ducting (V) VAR 1 50000 m/h=13,9 m3/s, V= 12,87 m/s VAR 2 52524m/h=14,59m3/s , V= 13,51 m/s VAR 3 55209,6 m/h=15,34 m3/s, V= 14,2 m/s VAR 4 57542,2 m/h=15,98 m3/s, V= 14,8 m/s VAR 5 60030 m/h=16,68 m3/s, V= 15,44 m/s VAR 6 62557,2 m/h=17,4 m3/s, V= 16,09 m/s

Kondisi yang akan diberikan pada simulasi masing-masing ducting ini yaitu dalam keadaan steady state serta

5

menggunakan simulasi 3D dengan metode yang di gunakan SST. Tahapan yang dilakukan untuk simulasi ducting dengan software CFX 11.0, yaitu: pre-processor, solver, post-processor. Pre-processor (CFX Build) dalam setiap sub-bagiannya untuk ducting 1 dan ducting 2, yaitu: a. Geometry Modeling

Geometri yang di buat di ICEM CFD adalah dua buah saluran udara. Ukuran masing-masing panjang inlet adalah 1,2 meter dan lebar 0,9 meter. Adapun hasil setelah di import ke CFX sebagai berikut:

Gbr. 5. Model geometri ducting kesatu

Gbr. 6. Model geometri ducting kedua

b. Meshing Setelah membuat geometri, langkah berikutnya adalah melakukan pembagian obyek menjadi bagian-bagian kecil (grid) yang prosesnya disebut meshing. Meshing ini akan sangat mempengaruhi waktu iterasi pada solver, ukuran mesh ini juga dibatasi oleh kemampuan komputasi yang digunakan. Setelah meshing pada program ICEM CFD selesai kemudian dilakukan penentuan kondisi batas pada program CFX dengan terlebih dahulu merubah bentuk file meshing ICEM CFD ke betuk file CFX sehinggadapat dibaca pada program CFX.

Gbr. 7. Hasil mesh ducting 1

Gbr. 8. Hasil mesh ducting 2

Gbr 3 dan Gbr 4 merupakan tampilan ducting ke-1 dan ducting ke-2 setelah dilakukan proses meshing. Model grid yang digunakan adalah tetrahedral. Dari ukuran yang telah diberikan diperoleh jumlah node sebanyak 53373, jumlah elemen dengan bentuk tetrahedral sebanyak 255910. c. Fluid Domains Fluid Domains digunakan untuk menentukan jenis fluida yang digunakan dalam simulasi, menentukan kondisi masing-masing partisi geometri, menginisialisasi kondisi geometri juga menentukan sub-domain fluida. d. Boundary Conditions Boundary Conditions digunakan untuk menspesifikasi kondisi fluida pada surfaces dari fluid domain juga sub domainnya serta untuk mendefinisikan simulasi alirannya. Pada fluid boundary simulasi pemodelan udara terdapat tiga tipe yaitu inlet, outlet dan wall. Input data pada boundary condition untuk simulasi model ducting, yaitu: Inlet

Untuk inlet input yang digunakan adalah kecepatan aliran udara yang berasal dari blower dengan keadaan yang dipilih normal speed, adapun persamaan untuk menghitung kecepatan aliran udara ini yaitu:

AQV = (3)

Dimana: Q = Debit udara (m3/s) A = Luas permukaan yang dilalui oleh udara (m2) V = Kecepatan aliran udara (m/s)

- Input untuk variasi VAR 1:

smxA

QV /87,1208,1

9,132,19,0

9,13====

- Input untuk variasi VAR 2: V= 13,51 m/s - Input untuk variasi VAR 3: V= 14,2 m/s - Input untuk variasi VAR 4: V= 14.8 m/s - Input untuk variasi VAR 5: V= 15,44 m/s - Input untuk variasi VAR 6: V= 16,09 m/s Wall

Boundary Conditions untuk wall ducting ke-1dan ducting ke-2 meliputi seluruh bagian ducting kecuali untuk inlet dan outlet, dengan keadaan yang diberikan adalah no slip, karena aliran udara yang melewati ducting terdapat pressure drop.

Outlet Contoh boundary conditions untuk outlet ducting 1 sebagai berikut:

Tabel 5. Boundary condition outlet model ducting Nama outlet pada ujung

Type Input Ducting ke-1 Ducting ke-2 OTD_1 OTD2_1 OUTLET P= 0 Pa OTD_2 OTD2_2 OUTLET P= 0 Pa OTD_3 OTD2_3 OUTLET P= 0 Pa OTD_4 OTD2_4 OUTLET P= 0 Pa OTD_5 OTD2_5 OUTLET P= 0 Pa OTT_1 OTT2_1 OUTLET P= 0 Pa OTT_2 OTT2_2 OUTLET P= 0 Pa OTT_3 OTT2_3 OUTLET P= 0 Pa OTT_4 OTT2_4 OUTLET P= 0 Pa OTT_5 OTT2_5 OUTLET P= 0 Pa OTT_6 OTT2_6 OUTLET P= 0 Pa OTT_7 OTT2_7 OUTLET P= 0 Pa

Jenis kondisi batas yang digunakan sebagai inputan untuk outlet ducting berupa pressure outlet dengan nilai tekanan awal bernilai 0 Pa karena udara yang disirkulasikan melalui ducting di ambil dari udara kondisi lingkungan dengan tekanan atmosfer.

6

e. Initial Conditions Pada simulasi ducting ini initial condition untuk ducting ke-1 dan ducting ke-2 di atur di atur sesuai dengan metode turbulensi yang di gunakan. Sedangkan untuk solver langkah-langkahnya adalah: a. Solver Control Pada tahap solver control ini dapat menentukan banyaknya step iterasi. Penentuan step ini akan mempengaruhi lama dari solver dalam melakukan perhitungan. Pada simulasi ducting ke-1 dan ducting ke-2 banyaknya maximum step iterasi yang digunakan sebesar 150 dengan timescale control yaitu auto timescale, convergence criteria yang digunakan RMS dengan residual target sebesar 1.e-4. Menurut AEA technology tahap verifikasi dalam menentukan berhasil atau tidaknya simulasi selama proses perhitungan dengan pendekatan CFD dilakukan dengan tahapan yaitu konvergen. Berdasarkan Gbr 6 nilai residual target tercapai pada iterasi 94 untuk semua RMS U, V dan W momentum, sehingga simulasi berhasil karena telah konvergen dan Gbr 7 untuk simulasi ducting kedua konvergen tercapai pada waktu iterasi ke 141 untuk semua RMS U, V dan W momentum. b. Definition File Definition file berisi semua informasi yang diperlukan oleh solver untuk mendefinisikan simulasi CFD. Tahap ini juga mendeteksi kesalahan input yang terdapat pada model sebelum dimasukkan ke solver. Gambar di bawah ini merupakan contoh hasil solver untuk beberapa variasi.

Gbr. 9. Hasil solver control pada ducting ke-1 variasi VAR 1

Gbr.10. Hasil solver control pada ducting 2 variasi 1

Tahap terakhir yaitu post-processor yang merupakan result file hasil dari simulasi yang telah dilakukan, berupa gambar (visual) atau berupa data-data numerik (angka). Adapun hasilnya untuk ducting 1 variasi 1 dan ducting 2 variasi 2 yaitu:

Gbr.11. Kecepatan aliran udara pada ducting ke-1 variasi VAR 1

Gbr. 12. Kecepatan aliran udara pada ducting ke-2 variasi VAR 1

Simulasi Model Kamar Mesin Input simulasi tahap kedua ini berupa nilai panas yang

dihasilkan dari tiap mesin dan peralatan yang telah dihitung sebelumnya, bentuk geometri kamar mesin, bentuk geometri saluran udara (ducting) dan nilai output dari simulasi model pertama (simulasi model ducting). Variabel yang akan diambil pada hasil keluaran (visualisation) dari simulasi ini adalah distribusi suhu, distribusi tekanan, dan kecepatan aliran udara. Simulasi ini dilakukan sebanyak 30 simulasi dimana variasi dilakukan dengan megubah-ubah kecepatan aliran udara inlet ducting (V) yang hasil kecepatan ujung-ujung outlet ductingnya diperoleh dari simulasi tahap pertama dan mengubah-ubah luas exhaust funnel setiap kenaikan 5% dari variasi 1 (keadaan luas exhaust funnel yang sebenarnya di kamar mesin). Tabel 6 dan Gbr 10 dibawah ini akan menjelaskan tentang rencana simulasi, yaitu:

Tabel 6. Rencana simulasi tahap kedua (model kamar mesin)

Luas area exhaust funnel Tank top ( Lantai 1) Tween deck (lantai 2)

Variasi 1 P = 4,2 m L = 2,4628 m Luas= 10,344 m2

P = 2,8 m L = 2 m Luas= 5,6 m2

Variasi 2 P = 4,345 m L =2,4628 m Luas= 10,861 m2

P = 2,94 m L = 2 m Luas= 5,88 m2

Variasi 3 P= 4,410 m L= 2,4628 m Luas= 11,404 m2

P = 3,087 m L = 2 m Luas= 6,174 m2

Variasi 4 P = 4,862 m L= 2,4628 m Luas= 11,974 m2

P = 3,241m L = 2 m Luas= 6,483 m2

Variasi 5 P = 4,961 m L= 2,4628 m Luas= 12,176 m2

P = 3,403 m L = 2 m Luas= 6,807 m2

Adapun variasi simulasi untuk tahap kedua ini dapat digambarkan seperti diagram di bawah ini:

7

Variasi 1

Luas area exhaust funnel

Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)

VAR 1

VAR 2

VAR 3

VAR 4

VAR 5

VAR 6

Variasi 2

Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)

VAR 1

VAR 2

VAR 3

VAR 4

VAR 5

VAR 6

Variasi 3

Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)

VAR 1

VAR 2

VAR 3

VAR 4

VAR 5

VAR 6

Variasi 4

Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)

VAR 1

VAR 2

VAR 3

VAR 4

VAR 5

VAR 6

Variasi 5

Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)

VAR 1

VAR 2

VAR 3

VAR 4

VAR 5

VAR 6

Luas area exhaust funnel

Luas area exhaust funnelLuas area exhaust funnel

Luas area exhaust funnel

Gbr. 13. Diagram variasi simulasi model kamar mesin

Pada simulasi model kamar mesin kondisi yang diberikan dalam keadaan steady state dengan metode yang di gunakan SST. Tahapannya yaitu:

pre-processor (CFX Build) a. Geometry Modeling Bentuk model geometri kamar mesin yaitu:

Gbr. 14.Geometry model kamar mesin beserta peralatannya pada ICEM CFD

tampak belakang

Ukuran kamar mesin lantai 1 (tank top) panjang 21,2 m, lebar 19,2 m dan tinggi 6 m sedangkan lantai 2 (tween deck) panjang 21,2 m, lebar 19,2 m dan tinggi 3 m. Untuk ukuran masing-masing mesin dan peralatan sebagai berikut:

Tabel 7. Ukuran mesin dan peralatan yang terdapat di kamar mesin Tanker 6500 DWT

Nama mesin dan peralatan Ukuran (m) Luas (m2)

Main Engine Panjang = 5.26 Lebar = 2.305 Tinggi = 3.645

79.398

Main Generator set Panjang = 5.26 Lebar = 2.305 Tinggi = 3.645

18.304

Cooling SW pump Diameter = 0.61 Tinggi = 0.986 2.473

Standby HT FW cooling pump Panjang = 1.5

Lebar = 1 Tinggi = 0.68

3.2

Standby LT FW cooling pump Panjang = 1.5

Lebar = 1 Tinggi = 0.68

3.2

ME lube oil standby pump Diameter = 0.61 Tinggi = 0.739 1.248

Cargo oil pump Diameter = 0.989 Tinggi = 1.4 5.891

Main air compressor Panjang= 1.31 Lebar = 0.84

Tinggi = 0.676 5.108

b. Meshing Hasil meshing kamar mesin adalah sebagai berikut:

Gbr. 15. Hasil mesh tampak belakang kamar mesin pada variasi 1

Model grid yang digunakan adalah tetrahedral. Dari ukuran yang telah diberikan diperoleh jumlah node sebanyak 186727 dan jumlah elemen dengan bentuk tetrahedral sebanyak 956551. c. Fluid Domains d. Boundary Conditions Input data pada boundary condition, yaitu: Tabel 8. Boundary condition pada simulasi model kamar mesin variasi 1-

VAR 1 Nama mesin, peralatan outlet pada ujung ducting dan wall ruangan Type Input data

Main Engine WALL Q=1433.35W/m Main Generator set WALL Q= 810.96 W/m Cooling SW pump WALL Q= 665.32 W/m

Standby HT FW cooling pump WALL Q= 514.17 W/m Standby LT FW cooling pump WALL Q= 514.17 W/m

ME lube oil standby pump WALL Q= 3116.75W/m Cargo oil pump WALL Q= 3123.32W/m

Main air compressor WALL Q= 644.27 W/m OTD_1 INLET V= 4.3 m/s OTD_2 INLET V= 5.2 m/s OTD_3 INLET V= 3.6 m/s OTD_4 INLET V= 8.1 m/s OTD_5 INLET V= 8.7 m/s OTT_1 INLET V= 4.3 m/s OTT_2 INLET V= 4.7 m/s OTT_3 INLET V= 5 m/s OTT_4 INLET V= 6.5 m/s OTT_5 INLET V= 7.1 m/s OTT_6 INLET V= 9.5 m/s OTT_7 INLET V= 11.8 m/s

OTD2_1 INLET V= 5.9 m/s OTD2_2 INLET V= 5.3 m/s OTD2_3 INLET V= 7.4 m/s OTD2_4 INLET V= 9.1 m/s OTD2_5 INLET V= 7.8 m/s OTT2_1 INLET V= 4.4 m/s OTT2_2 INLET V= 5.2 m/s OTT2_3 INLET V= 3.5 m/s OTT2_4 INLET V= 7.3 m/s OTT2_5 INLET V= 7.3 m/s OTT2_6 INLET V= 5.7 m/s OTT2_7 INLET V= 11.8 m/s

FUNNEL WALL Free slip, adiabatic WALL_ATAS,BAWAH,

TENGAH,WADAH WALL Free slip, adiabatic

WALL_DUCT2_TD, WALL_DUCT2_TT,WALL_DUCT_T

D, WALL_DUCT_TT WALL No slip, adiabatic

OUT_ROOM OUTLET P= 0 Pa Boundary condition yang digunakan pada kamar mesin

sebagai inputan untuk inlet adalah kecepatan aliran udara dari masing-masing outlet ducting ke-1 dan ke-2 yang telah disimulasikan pada tahap pertama (model ducting), model heat transfer untuk inlet ini menggunakan static temperature 35C karena temperatur udara pada saat kapal berjalan dipermukaan air laut berdasarkan standar BKI, IACS dan ISO

8

adalah sekitar 35C, pada mesin dan peralatan diberi batasan wall dengan type no slip karena permukaan mesin dan peralatan diasumsikan kasar dan mempunyai nilai heat flux berdasarkan nilai panas persatuan luas yang telah dihitung sebelumnya, untuk seluruh bagian atas, bawah,tengah dan wadah kamar mesin diberi wall dengan tipe free slip dan dengan tekanan konstan tidak ada heat flux sedangkan untuk outlet pada kamar mesin ini berupa saluran exhaust funnel yang dibiarkan terbuka dengan boundary conditions berupa pressure outlet dengan nilai tekanan awal bernilai 0 Pa karena udara yang disirkulasikan ke kamar mesin melalui ujung-ujung outlet ducting berasal dari udara kondisi lingkungan dengan tekanan atmosfer. e. Initial Conditions

Solver

a. Solver Control Pada tahap solver control ini step iterasi yang digunakan adalah maximum iterasi sebanyak 300 dengan timescale control yaitu auto timescale, convergence criteria yang digunakan RMS dengan residual target sebesar 1.e-4. Menurut AEA technology tahap verifikasi dalam menentukan berhasil atau tidaknya simulasi selama proses perhitungan dengan pendekatan CFD dilakukan dengan tahapan yaitu konvergen. Berdasarkan Gbr 13 nilai residual target tercapai pada iterasi 270 sehingga simulasi berhasil karena tahap iterasi telah mencapai konvergen untuk semua RMS U, V dan W momentum. b. Definition File Gambar di bawah ini merupakan contoh hasil solver untuk variasi 1- VAR1.

Gbr 16. Hasil solver control pada model kamar mesin variasi 1- VAR 1

Tahap terakhir yaitu post-processor yang merupakan result file hasil dari simulasi yang telah dilakukan. Adapun hasilnya yaitu:

Gbr 17. Post-processor pada model kamar mesin variasi 1_1 tampak

belakang

IV. PEMBAHASAN Pada bab ini akan dibahas mengenai hasil simulasi

pengaruh perubahan kecepatan udara suplai inlet ducting dan luas exhaust funnel terhadap distribusi suhu, tekanan dan kecepatan aliran udara dalam kamar mesin.

A. Distribusi suhu Suhu pada bidang irisan di sumbu YZ dan ZX

Bidang irisan di sumbu YZ berfungsi untuk mengetahui distribusi suhu rata-rata kamar mesin bagian tampak samping sedangkan bidang irisan di sumbu ZX untuk mengetahui bagian tampak atas. Bidang irisan di sumbu YZ ini dibagi menjadi 7 bidang sedangkan di sumbu ZX dibagi menjadi 3 bidang dengan jarak yang berbe-beda setiap bidangnya baik di sumbu YZ maupun ZX. Gambar di bawah ini merupakan salah satu contoh pembagian bidang irisan di sumbu YZ dan ZX apabila dilihat dari tampak belakang kamar mesin untuk keadaan sebenarnya sebelum divariasikan (variasi 1- VAR 1).

Gbr 18. Suhu pada bidang irisan di sumbu YZ variasi 1-VAR 1

Gbr 19. Suhu pada bidang irisan di sumbu ZX variasi 1- VAR 1

Keterangan: - Countour 1 untuk mesin dan peralatan yang berada di

kamar mesin - Countour 2 untuk bidang 1 di sumbu YZ dengan jarak 9,6

meter dari tampak samping - Countour 3 untuk bidang 2 di sumbu YZ dengan jarak

12,6 meter dari tampak samping - Countour 4 untuk bidang 3 di sumbu YZ dengan jarak

15,6 meter dari tampak samping

9

- Countour 5 untuk bidang 4 di sumbu YZ dengan jarak 18,6 meter dari tampak samping

- Countour 6 untuk bidang 5 di sumbu YZ dengan jarak 6,6 meter dari tampak samping

- Countour 7 untuk bidang 6 di sumbu YZ dengan jarak 3,6 meter dari tampak samping

- Countour 8 untuk bidang 7 di sumbu YZ dengan jarak 0,6 meter dari tampak samping

- Countour 9 untuk bidang 8 di sumbu ZX dengan jarak 0,5 meter dari tampak atas

- Countour 10 untuk bidang 9 di sumbu ZX dengan jarak 4,5 meter dari tampak atas

- Countour 11 untuk bidang 10 di sumbu ZX dengan jarak 8,5 meter dari tampak atas Hasil distribusi suhu di setiap bidang pada variasi , yaitu:

Gbr 20. Hasildistribusi suhu rata-rata pada setiap bidang untuk variasi 1

dengan luas exhaust funnel tetap (lantai 1= 10,344 m, lantai 2= 5,6 m) sedangkan kecepatan udara suplai inlet ducting bervariasi

Keterangan: Variasi kecepatan udara suplai inlet ducting untuk Gambar 4.3 yaitu: - VAR 1 = 12,87 m/s - VAR 2 = 13,51 m/s - VAR 3 = 14,2 m/s - VAR 4 = 14,8 m/s - VAR 5 = 15,44 m/s - VAR 6 = 16,09 m/s

Pada Gbr 17 di atas terlihat bahwa suhu akan naik apabila di sekitar bidang terdapat mesin dan peralatan yang membebaskan panas. Pada bidang 1 (jarak 9,6 m dari tampak samping) dan bidang 10 (jarak 8,5 meter dari tampak atas) suhu rata-ratanya yang paling tinggi sebesar 48,5C dan 54,13C (untuk variasi 1- VAR 1/keadaan sebenarnya kamar mesin), hal ini karena bidang 1 berada di daerah sekitar main engine yang menghasilkan panas 1433,35 W per luasannya dan berada tepat saluran exhaust funnel sehingga udara panas yang berada disekitar ini langsung terbuang dan mengalir ke atas (ke saluran exhaust funnel). Sedangkan bidang 10 (jarak 8,5 meter dari tampak atas) selain terletak di semua mesin dan peralatan yang membebaskan panas dan juga main engine, penempatan ducting/saluran udara juga terlalu tinggi sehingga outlet-outlet ujung ducting yang masing-masing mempunyai kecepatan belum bisa mengatasi panas yang terdistribusi dibagian bawah (jarak 0,5 meter dari bawah kamar mesin). Pada bidang 2 tidak ada mesin dan peralatan yang berada disekitarnya sehingga terlihat suhu dari bidang 1 ke bidang 2 jadi turun, bidang 3 terletak sekitar peralatan standby HT dan LW FW cooling pump dengan jarak 15,6 m dari tampak samping sehingga suhu kembali naik, dari bidang 3 ke bidang 4 suhu kembali turun karena pada bidang 4 dengan jarak 18,6 m dari tampak samping tidak ada mesin dan peralatan, pada bidang 5 terdapat ME lube oil pump sehingga suhu dari bidang 4 ke bidang 5 kembali naik sedangkan pada bidang 6, bidang 7, bidang 8 dan bidang 9 tidak ada mesin dan peralatan

sehingga suhunya turun. Dari semua hasil yang telah disebutkan menunjukkan bahwa semakin jauh dari jarak sumber panas peralatan dan mesin maka suhunya menurun.

Setelah dilakukan variasi ukuran luas exhaust funnel dan kecepatan udara suplai inlet ducting maka suhu dari keadaan sebenarnya (variasi 1- VAR 1) mengalami penurunan seperti Gbr 18 berikut:

Gbr 21. Prosentase penurunan suhu setiap perubahan variasi kecepatan udara

suplai inlet ducting dari keadaan sebenarnya (12,87m/s) dan luas exhaust funnel lantai 1=10,344 m dan lantai 2= 5,6 m (variasi 1) Dari Gbr 18 di atas terlihat bahwa pada bidang 1 (9,6

meter dari tampak samping kamar mesin) dan bidang 10 (jarak 8,5 meter dari tampak atas kamar mesin) yang memiliki suhu rata-rata yang paling tinggi setelah kecepatan udara suplai inlet ducting ditambah, prosentase penurunan suhu menjadi paling tinggi dibandingkan bidang yang lain yaitu bidang 1 sekitar 0,5 sampai 5% sedangkan bidang 10 sekitar 1,5 sampai 6,5% . Begitu juga untuk variasi 2, variasi 3, variasi 4 dan variasi 5 setelah luas exhaust funnel nya ditambah dan kecepatan udara suplai ditambah, maka suhu juga semakin menurun.

Luas daerah isosurface pada suhu 45C, 46C, 47C, 48C, 49C dan 50C

Hasil gambar daerah isosurface pada variasi 1- VAR 1 ditunjukkan dengan di bawah ini.

Gbr. 22. Luas daerah isosurface pada suhu 45C, 46C, 47C, 48C, 49C

dan 50C untuk variasi 1- VAR 1

Berdasarkan hasil simulasi untuk variasi 1 diperoleh luas isosurface untuk temperatur 45C, 46C, 47C, 48C, 49C dan 50C sebagai berikut:

10

Gbr 23. Nilai luas isosurface pada temperatur 45C, 46C, 47C, 48C, 49C

dan 50C untuk variasi 1

Dari Gbr 20 dapat di lihat semakin besar kecepatan udara suplai inlet ducting maka prosentase penurunan luas isosurface pada suhu 45C, 46C, 47C, 48C, 49C dan 50C juga semakin besar. Untuk suhu 45C sekitar 5-16% dari keadaan sebenarnya dikamar mesin dan dari keadaan setelah luas exhaust funnelnya ditambah setiap 5 % dari keadaan sebenarnya. Semakin besar suhu dari 45C maka luas isosurface semakin kecil dan hanya berada disekitar mesin dan peralatan saja. Selain itu apabila luas exhaust funnel ditambah setiap 5 %, luas isosurface juga mengalami penurunan untuk variasi 2 dan variasi 3 terkecuali untuk luas isosurface pada suhu 45 C dan 46C variasi 4 dan 45C, 46C, 47C, 48C, 49C dan 50C variasi 5, luas isosurface mengalami kebalikan yang seharusnya turun tapi yang terjadi mengalami kenaikan, hal ini karena pada variasi 4 dan 5 luas exhaust funnel lantai 1 yang ditambah kearah belakang kamar mesin sedangkan untuk variasi 2 dan 3 ke arah depan kamar mesin (mendekati generator set di lantai 2). Hal itu dilakukan karena apabila luas exhaust funnel ditambah untuk variasi 4 dan variasi 5 ke arah depan kamar mesin, area kamar mesin tidak mencukupi untuk diperluas exhaust funnelnya karena bertabrakan dengan generator set yang berada di lantai 2.

Gbr 21 dan Gbr 22 berikut menjelaskan variasi paling baik apabila dilihat dari sisi suhu pada bidang irisan sedangkan Gbr 23 dan Gbr 24 apabila di lihat dari sisi luas area isosurface.

Gbr 24. Perbandingan setiap variasi berdasarkan suhu pada bidang irisan

keadaan awal (kecepatan inlet ducting 12,87 m/s/ VAR 1)

Gbr 25. Perbandingan setiap variasi berdasarkan suhu pada bidang irisan

keadaan akhir (kecepatan inlet ducting 16,09 m/s/ VAR 6)

Gbr 26. Perbandingan setiap variasi berdasarkan luas isosurface keadaan

awal (kecepatan inlet ducting 12,87 m/s/ VAR 1)

Gbr 27. Perbandingan setiap variasi berdasarkan luas isosurface keadaan

akhir (kecepatan inlet ducting 16,09 m/s/ VAR 6) Pada Gbr 21 dan Gbr 23 keadaan awal adalah untuk keadaan kamar mesin sebelum divariasikan dengan penambahan kecepatan udara suplai inlet ducting (kecepatan inlet kamar mesin keadaan sebenarnya sebesar 12,87 m/s). Sedangkan padaGbr 22 dan Gbr 24, keadaan akhir adalah untuk keadaan setelah ditambah dengan kecepatan udara suplai inlet ducting 25% dari keadaan sebenarnya yaitu sebesar 16,09 m/s. Apabila dilihat dari sisi suhu pada bidang irisan dan isosurface maka variasi yang cocok untuk kamar mesin adalah variasi 3- VAR 6 dengan luas exhaust funnel sebesar lantai 1= 11,404 m, lantai 2= 6,174 m dan kecepatan suplai udara inlet ducting sebesar 16,09 m/s. Hal ini karena pada Gbr 23 dan Gbr 24 dapat di lihat bahwa untuk luas isosurface pada variasi 4 dan variasi 5 baik suhu 45C, 46C, 47C, 48C, 49C, 50C mengalami kenaikan dari variasi sebelumnya (variasi 3).

B. Distribusi Tekanan Sama seperti halnya untuk mengetahui distribusi

temperatur pada kamar mesin kapal, distribusi tekanan dengan menggunakan CFD juga untuk semua variasi dapat diketahui dengan cara membagi daerah kamar mesin menjadi beberapa plane contohnya seperti Gbr 21 dan Gbr 22 berikut:.

11

Gbr 28. Distribusi tekanan pada bidang irisan di sumbu YZ variasi 1-VAR 1

Gbr 29. Distribusi tekanan pada bidang irisan di sumbu ZX variasi 1- VAR 1

Hasil tekanan rata-rata setiap bidang untuk variasi 1 dengan luas exhaust funnel tetap (lantai 1= 10,344 m dan lantai 2= 5,6 m) tetapi kecepatan suplai inlet ducting bervariasi ditunjukkan dengan Gambar 4.9

Gbr 30. Hasil tekanan rata-rata setiap plane untuk variasi 1

Dari Gbr 27 di atas terlihat bahwa tekanan rata-rata setiap bidang yang paling tinggi yaitu berada di bidang 10 dengan jarak 8,5 meter dari tampak atas, tetapi dengan adanya variasi kecepatan udara suplai inlet ducting tekanan tersebut mengalami penurunan untuk setiap variasi, tetapi pada bidang 8 tekanan tiba-tiba turun drastis hal ini karena bidang 8 ini berada 0,5 meter dari tampak atas dan didekat saluran exhaust funnel untuk membuang udara panas dari kamar mesin.

C. Kecepatan Aliran Udara

Aliran udara pada kamar mesin untuk variasi 1 ditunjukkan dengan streamline seperti pada Gbr 28.

Gbr 31. Streamline arah aliran udara pada kamar mesin untuk variasi 1

Hasil kecepatan udara streamline dikamar mesin ditunjukkan dengan Grafik 20 berikut:

Gbr 32. Hubungan antara kecepatan streamline rata-rata dengan kecepatan

udara suplai inlet ducting untuk semua variasi.

Berdasarkan Gbr 29, nilai kecepatan streamline rata-rata naik turun untuk semua variasi baik variasi 1, variasi 2, variasi 3, variasi 4, maupun variasi 5 hal ini karena udara yang masuk untuk kamar mesin ini disuplai oleh ujung-ujung outlet dua ducting yang berbeda yaitu ducting ke-1 dan ducting ke-2, hasil kecepatan dari masing-masing ujung outlet ducting ini setelah disimulasikan dengan berbagai variasi kecepatan inlet ducting yaitu variasi 1 (12.87 m/s), variasi 2 (13.51 m/s), variasi 3 (14.2 m/s), variasi 4 (14.8 m/s), variasi 5 (15.44 m/s), dan variasi 6 (6.09 m/s) menghasilkan kecepatan masing-masing ujung outlet ducting yang bervariasi sehingga kecepatan rata-rata streamline dikamar mesin juga bervariasi (naik turun). Yang mana hasil kecepatan masing-masing outlet ujung-ujung ducting ditunjukkan dengan grafik sebagai berikut:

Gbr 33. Hasil kecepatan masing-masing ujung outlet ductinguntuk ducting

ke-1

12

Gbr 34. Hasil kecepatan masing-masing ujung outlet ductinguntuk ducting

ke-2

V. KESIMPULAN Berdasarkan hasil simulasi yang diperoleh dalam

pengerjaan tugas akhir ini, kesimpulan yang didapat adalah sebagai berikut: 50000 m/h belum bisa mengatasi panas pada daerah

bidang 1 dan bidang 10 yang suhunya sekitar 48,5C dan 54,13C. Dengan adanya variasi penambahan kecepatan udara suplai inlet ducting sebesar 5% dari keadaan sebenarnya yaitu sebesar 13,51m/s, 14,2m/s, 14,8m/s, 15,44 m/s sampai 16,09m/s maka suhu pada daerah bidang 1 dan bidang 10 menjadi turun, prosentase penurunan suhu 0,5% sampai 5% untuk bidang 1 dan 1,5% sampai 6,5% untuk bidang 10.

Semakin besar kecepatan udara suplai inlet ducting maka prosentase penurunan luas isosurface pada suhu 45C, 46C, 47C, 48C, 49C dan 50C juga semakin besar sekitar 5-16% untuk variasi 1.

Apabila dilihat dari sisi suhu pada bidang irisan dan luas isosurface maka luas exhaust funnel dan kecepatan udara suplai inlet ducting yang cocok untuk kamar mesin adalah variasi 3- VAR 6.

Semakin besar kecepatan udara suplai inlet ducting maka tekanan rata-rata kamar mesin juga semakin naik kecuali pada bidang 8 yang tiba-tiba turun untuk semua variasi.

Nilai kecepatan aliran udara streamline rata-rata naik turun untuk semua variasi.

Saran yang dapat disampaikan untuk penelitian selanjutnya adalah apabila kapal 6500 DWT telah jadi di buat sebaiknya melakukan validasi dengan pengukuran secara langsung baik untuk suhu, tekanan maupun kecepatan udara di kamar mesin selain itu untuk simulasi perlu penambahan geometri outlet ujung ducting yang mengarah ke main engine agar suhu yang panas sekitar main engine bisa cepat diturunkan dengan adanya penambahan kecepatan udara dari ujung outlet ducting dan juga dalam merancang saluran udara/ ducting, besarnya pressure drop yang terdapat di dalam ducting perlu diperhitungkan karena akan sangat mempengaruhi kecepatan udara yang dihasilkan dari ujung-ujung outlet ducting .

VI. DAFTAR PUSTAKA [1] Victor L. Streeter. E. Benjamin Wylie. (1985). Fluid Mechanics,

http://id.google.com/google/konstruksi kamar mesin kapal cargo (10 Sepetember 2011 diunduh pukul 11:24)

[2] Baheramsyah, Alam dan Ariana Made. (1999). Diktat Pengaturan Udara & Sistem Pendingin. FTK ITS.

[3] http://id.google.com/google/sistem ventilasi udara pada kapal (9 Sepetember 2011 diunduh pukul 19:59).

[4] Fajar. (2008). Analisa Pengkondisian Udara Pada kamar mesin di Kapal Ferry Untuk Mencapai Temperatur Yang Optimum Dengan Menggunakan CFD, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS.

[5] Apriantory, Dicky. (2009). Analisa Aliran Udara Di Kamar Mesin Pada Kapal Tanker 6300 DWT Dengan Pendekatan CFD Menggunakan Software Ansys. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS.

[6] Seito, Kevin. (2002). Analisa Pengaturan Udara pada Kamar Mesin Kapal PAX 500 Dengan Pendekatan CFD. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS.

[7] ASHRAE Handbook of HVAC System and Applications, American Society of Heating, Refrigating and Air- Conditiong Engineers, Inc., Atlanta, 1998.

[8] J.P. Holman, (1995), Perpindahan Kalor, Edisi Keenam. Erlangga [9] Anderson, John D. (1992). Computational Fluid Dynamic: The Basic

with Aplication. McGraw Hill. [10] Biro Klasifikasi Indonesia. Volume 8 (2001). Rules For Refrigerating

Instalation Of Seagoing Steel Ships. [11] ISO 8861. (1998). Shipbuilding , Engine -Room Ventilation In Diesel,

Engined Ships, Design Requirements And Basis Of Calculations [12] IACS (International Association of Classification Societies), rule M28.

(1978) [13] SNAME, Calculations for Mershant Ship Heating Ventilation and

Air Conditioning Design SNAME buletin 4-16. [14] AEA technology (1996) Validation and verification for simulation

using CFD [15] Stocker, Wilbert f dan Hara, Supratman. (1989). Refigerasi dan

Pengkondisian Udara. Erlangga. [16] Victor L. Streeter. E. Benjamin Wylie. (1985). Fluid Mechanics,

Eighth Edition. McGraw-Hill, Inc. England. .

BIODATA PENULIS

Nama : Puspa Puspitasari NRP : 2409 106 002 TTL : Garut, 10 Oktober 1988 Email : Riwayat Pendidikan:

- SDN Sukamukti I 1994 - 2000 - SLTPN 3 Tarogong Garut 2000 - 2003 - SMAN I Tarogong Garut 2003 - 2006

- D3 Refrigerasi dan Tata Udara POLBAN 2006 - 2009 - S-1 Lintas Jalur Genap Teknik Fisika ITS 2009 -

sekarang

mpus_1010@yahoo.com

http://id.google.com/google/konstruksihttp://id.google.com/google/sistemmailto:mpus_1010@yahoo.commailto:mpus_1010@yahoo.com

Dasar TeoriPengkondisian Udara dan Sistem Ventilasi di Kamar Mesin Kapal Tanker.Kalor Yang Dibebaskan oleh Mesin dan PeralatanComputational Fluid Dynamics (CFD)Proses Validasi

Metologi penelitianPengumpulan Data Spesifikasi dari LapanganPerhitungan Beban Panas yang Dibebaskan oleh Mesin dan Peralatan di Kamar MesinSimulasi Menggunakan Computational Fluid Dynamics

PEMBAHASANDistribusi suhuDistribusi TekananKecepatan Aliran Udara

KESIMPULANDaftar Pustaka