Abstrak —Propeller  mempunyai  peranan  yang  penting,dimana alat  tersebut  yang  sering  digunakan  untuk  mengerakan kapal,propeller  sendiri  dapat  mengubah  gaya  gerak  (putar) menjadi  gaya  dorong,berdasarkan  studi  lebih  lanjut  dalam penelitian  ini,banyak  ditemukan  tipe  propeller  yang  sudah dimodifikasi untuk memdapatkan performa yang lebih baik,untuk  meningkatan  efisiensi.tujuan  dari  tugas  akhir  ini adalah  menghybrid  nozzle  ring  dengan  hub  cap  propeller  yang mana  dapat  mempengaruhi  besar  dari  thrust,torque,dan  juga efisiensi yang maksimal dengan pendekatan CFD (Computational,  Fluid,  Dynamic),variabel  yang  divariasikan adlah sudu ducted dengan hub cap propeller.
Kata  Kunci —Propeller,  duct,  Nozzle  ring,  Kecepatan  aliran, sudu,Hub cap propeller Computational Fluid Dynamics

## I. PENDAHULUAN
ROPELLER  merupakan  suatu  komponen  penting  dalam sistem  penggerak  kapal  dimana  power  yang  dihasilkan oleh  main  Engine  yang  didistribusikan  ke  poros  akan diteruskan  oleh  propeller  untuk  menghasilan  daya  dorong kapal. Didalam mendesain suatu propeller perlu diketahui daya dari main engine dan kecepatan yang dibutuhkan oleh kapal.
Optimalisasi  sebuah  propeller  tentunya  didesain  dengan perhitungan untuk memaksimalan power yang dihasilkan main engine  untuk  mencapai  kecepatan  yang  dibutuhkan  oleh Kapal.Dalam  pembahasan  tugas  akhir  ini  kita  membahas tentang modifikasi yaitu haybrid  ducted propeller dengan hub cap  propeller,dimana  dengan  menambahkan  kan  sudu  pada ducted  dibelakang  hub  cap  propeller    yang  nantinya diharapkan  berguna  untuk  lebih  memfokuskan  dan  membuat aliran yang menuju hub cap propeller menjadi mengikuti arah putaran  propeller,sehingga  aliran  tersebut  dapat  menghasilkan daya.Maka  disini  akan  diulas  bagaimana  efek  yang ditimbulkan  oleh  hybrid  antar  sudu  ducted  propller  dan  hub cap propeller,terhadap pengaruh efisiensi yang pling optimal.

## A. Rumusan Masalah
Perumusan maslah yang terkait dan dikaji Perumusan masalah terkait yang akan dikaji dalam tugas akhir ini sebagai berikut :
a) Bagaimana  menentukan  efisiensi  yang  dihasilkan ketika menghybrid hub cap dengan nozlle ring
b) Bagaimana  menentuka  besar  thrust  yang  dihasilkan ketika menghybrid hubcap dengan nozlle ring.
c) Bagaimana  pengaruh  ducted  ketika  ditambah  sudu terhadap performance propeller Kaplan

## B. Batasan Masalah
Dari  permasalahan  yang  harus  diselesaikan  di  atas  maka perlu adanya pembatasan masalah serta ruang lingkupnya agar dalam  melakukan  analisa  nantinya  tidak  melebar  dan mempermudah  dalam  melakukan  analisa,  batasan  tersebut yaitu:
1. Penelitian  menggunakan  computer  dengan  software ANSYS CFX
2. Menganalisa satu (1) macam tipe propeller.
3. Penelitian  tidak  memperhitungan  pengaruh  lambung kapal.
4. Analisa data dikerjakan dengan membandingkan parameter propeller setelah ada penambahan sirip dengan sudu
5. hanya mnggunakan sudu untuk ducted 19A dengan sudut sudu   45 derajat.
6. Propeller yang dianalisa adalah jenis kaplan
7. Jumlah blade sebanyak 4
8. Simulasi menggunakan software CFD
9. Analisa Biaya tidak diperhitungkan

## C. Tujuan
Tujuan penulisan skripsi ini adalah :
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  seberapa  besar pengaruh  penambahan  sudu  pada  duct  dengan  Hub-Cap Propeller terhadap Efficiency dan thrust yang dihasilkan.

## D. Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan skripsi ini antara lain  :
1. Pengembangan  terhadap  hub  cap  propeller  untuk  masa mendatang
2. Dapat  mengetahui  kinerja  dari  hub  cap  propeller  ketika sesudah penyesuaian terhadap nozlle ring.
3. Dapat  mengetahui  penggunaan  hub  cap  propeller  yang optimal pada kapal.
4. Dapat  mengetahui  unjuk  kerja  Hub-Cap  Ducting Propeller dibandingkan dengan Nozzle Ring.

## Gaya Selingkung dan Template Artikel Ilmiah Mahasiswa S1 ITS
Wicaksono, H., Arief, I. S., dan Jadmiko, E.
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : titohandito@yahoo.com
P
Gambar 2.1.kort nozzle
Gambar 2.2 .kort nozzle
5. Sebagai  referensi  untuk  penelitian  selanjutnya  yang berhubungan dengan
perancangan
modifikasi
PropellerReferensi teknis untuk keperluan akademik
6. Referensi  teknis  untuk  pengembangan  dan  penelitian terhadap CPP untuk masa mendatang

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Ducted Propeller
Untuk meningkatkan efisiensi propeller kita bisa menambahkan circular duct yang digunakan untuk mengarahkan aliran air yang akan melewati propeller, volume air  yang  melewati  propeller  akan  berubah  berbanding  lurus dengan  diameter  inlet  duct.  Circular  duct  ditempatkan  berada didepan  propeller  yang  dipasang  pada  selubung  poros propeller.  Dari  percobaan  yang  sudah  dilakukan  circular  duct dipasang  searah  dengan  poros  propeller  sehingga  adanya kemiringan terhadap aliran air.
Untuk meningkatkan efisiensi propeller kita bisa menambahkan  adjustable  circulating  duct  dengan  membuat posisi  inlet  dari  circulating  duct  sejajar  aliran  air  yang digunakan  untuk  mengarahkan  aliran  air  yang  akan  melewati propeller,  volume  air  yang  melewati  propeller  akan  berubah berbanding lurus dengan diameter inlet duct.

## B. Kort Nozzle
Merupakan  salah  satu  perkembangan  teknologi  yang bertujuan untuk menambah effisiensi gaya dorong kapal. Letak kort  Nozzle  yang  menyelubungi  propeller  dan  berbentuk seperti  foil  akan  menambah  keuntungan  dari  propeller  tanpa kort  nozzle  pada  kecepatan  rendah.  Nozzle  berfungsi  sebagai layaknya  ruang  tangkap  air  yang  telah  mengenai  bagian  back dari  blade  propeller,  sehingga  memberikan  gaya  dorong  yang lebih besar dari pada tanpa menggunakan nozzle. Penggunaan Foil  juga  memberika  lift  sehingga  memberikan  resultan  gaya dorong kapal.

## C. Hub-Cap Propeller
Peningkatan Effisiensi dari propeller dapat menurunkan kebutuhan  bahan  bakar  (Fuel  Saving),  serta  penambahan kecepatan  kapal.  Propeller  mempunyai  cap  penutup  atau
biasanya masuk ke dalam bagian Hub, pada tipe konvensional hanya  digunakan  untuk  tempat  meletakkan  daun  propeller. Pada Boss cap propeller tipe konvensional, dapat terjadi loses yang besar

## D. Karakteristik Propeller
Karakteristik  beban  propeller  dapat  ditampilkan  dengan grafik oleh beberapa koefisien dalam bentuk ukuran. Diagram memberikan  Torque  dan  Thrust  sebagai  fungsi  kecepatan. Karakteristik  propeler  terdiri  dari  koefisien  Thrust  (KT), koefisien torque (KQ), dan koefisien advanced (J).
Dimana :  = massa jenis fluida ( Fluid Density ) D = diameter propeller n = putaran propeller Va = advanced speed T = thrust propeler Q = torque propeler
Untuk nilai efisiensi propeller pada open water diberikan rumus:
Setelah menyeleksi propeler, diagram dari open water dapat dipakai  untuk  menerjemahkan  karakteristik  tahanan  kapal  ke dalam  karakteristik  beban  propeler.  Oleh  sebab  itu,  pada perkiraan  sebuah  kurva  tahanan  dapat  dikonversi  sebagai berikut:
Tahanan kapal ditentukan oleh rumus : R =  V 2 atau R = 0.5 C f  S V s 2
Dengan nilai K = 0.5 C f  S, sehingga ditulis : R = K V s 2
Dimana berhubungan juga bahwa : R =T(1-t) dan Va = Vs(1-w) Sehingga :
didapat nilai T sebagai :
Dimana : t = thrust deduction factor w = wake factor sesuai karakteristik propeler, nilai thrust adalah :
Gambar 2.3 Gaya-gaya yang bekerja pada daun propeller
Gambar 3.1 Metedologi pengerjaan

## Jika advance koefisien
Maka didapatkan :
Sekarang  tahanan  kapal  dapat  diberikan  sebagai  hubungan KT  dan  J,  dan  saat  hubungan  tersebut  digambarkan  pada diagram  open  water,  hubungannya  dengan  kurva  KT  akan memberikan titik operasional dari advance koefisien propeler
Gambar 4.1 Garis dari titik-titk koordinat propeller
Gambar 4.2 Surface dari satu blade plopeller
Gambar 4.3 Blade yang sudah dirotate
T ABEL 4.4.
ORDINAT NOZZLE 19A X / L Yinner / L Youter
/ L 0
1.25 2.5
5 7.5
10
15 20 25 30
40 50 60 70
80 90 95 100 18.25 14.66 12.80 12.07 8.00 6.34 3.87 2.17 1.10 0.48 0 0 0 0.29 0.82 1.45 1.86 2.36 20.72 21.07 20.8 S S S S S S S S S S S S S S 6.36
(J),  sehingga  kita  dapat  menentukan  koefisien  torque  dan efisiensi open water.
E. Gaya-gaya yang Bekerja pada Blade
Definisi dari beban pada analisa struktur pada daun propeler diidealisasikan dengan distribusi tekanan dan gaya. Pemodelan awal  yang  sederhana  mengenai  gaya  yang  bekerja  adalah  tiga gaya dasar yaitu thrust, torque dan centrifugal.
Propeller thrust dan torque terbentuk dari gaya angkat (lift) dan  drag  pada  foil  propeller  pada  posisi  radial.  Dengan  kata lain  total  thrust  merupakan  integral  dari  vector  axial  lift  pada bagian  root  hingga  tip  propeller.  Jika  diasumsikan  propeller yang  digunakan  adalah  B-series,  maka  dapat  digunakan distrubisi  tunggal  untuk  thrust  dan  beban  torque,  dan diasumsikan  juga  bahwa  pitch  tetap.Gaya  dorong  (Thrust )kapal  merupakan  komponen  yang  sangat  penting  yang  mana
digunakan  untuk  mengatasi  tahanan  (resistance)atau  gaya hambat  namun  kondisi  tersebut  sangat  tidak  realistis  karena pada  faktanya  dibadan  kapal  tersebut  terjadi  phenomena hidrodinamis  yang  menimbulkan  degradasi  terhadap  nilai besaran  gaya  dorong  kapal.sehingga  untuk  gaya  dorong  kapal dapat ditulis seperti model persamaan sebagai berikut.
dimana t adalah thrust deduction factor .
Kemudian dengan mensubstitusi R maka diperoleh
Sehingga diperoleh model persamaan gaya dorong kapal (TSHIP) adalah sebagai berikut;
Model persamaan untuk karakteristik kinerja baling-baling kapal adalah sebagai berikut,
Propeler  thrust  dan  torque  terbentuk  dari  gaya  angkat ( lift )  dan drag pada  foil  propeler  pada  posisi  radial.  Dengan kata  lain  total thrust merupakan  integral  dari vector  axial  lift pada bagian root hingga tip propeler. .

## F. Computational Fluid Dynamic (CFD)
CFD  merupakan  analisa  sistem  yang  melibatkan  aliran fluida,  perpindahan  panas,  dan  fenomena  yang  terkait  lainya seperti  reaksi  kimia  dengan  menggunakan  simulasi  komputer. Metode  ini  meliputi  fenomena  yang  berhubungan  dengan aliran fluida seperti sistem liquid dua fase, perpindahan massa dan  panas,  reaksi  kimia,  dispersi  gas  atau  pergerakan  partikel tersuspensi.
Secara  umum  kerangka  kerja  CFD  meliputi  formulasi persamaan-persamaan  transport  yang  berlaku,  formulasi kondisi  batas  yang  sesuai,  pemilihan  atau  pengembangan kode-kode  komputasi  untuk  mengimplementasikan  teknik numerik  yang  digunakan.  Suatu  kode  CFD  terdiri  dari  tiga elemen utama yaitu pre-processor, solver dan post processor.
1. Pre-processor
Pre-processor   meliputi masukan dari permasalahan aliran ke suatu program CFD dan transformasi dari masukan tersebut ke bentuk yang cocok digunakan oleh solver. Langkah-langkah dalam tahap ini adalah sebagai berikut :
 Pendefinisian geometri yang dianalisa
 Grid generation, yaitu pembagian daerah domain menjadi bagian-bagian lebih kecil ynag tidak tumpang tindih
 Seleksi fenomena fisik dan kimia yang perlu dimodelkan
 Pendefinisian properti fluida
 Pemilihan boundary  condition (kondisi  batas)  pada kontrol  volume  atau  sel  yang  berhimpit  dengan  batas domain
 Penyelesaian permasalahan
2. Solver
Solver dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu finite difference, finite element dan metode spectral. Secara umum metode numeric solver tersebut terdiri dari langkah-langkah sebagai berikut:
 Prediksi  variabel  aliran  yang  tidak  diketahui  dengan menggunakan fungsi sederhana
 Diskretisasi  dengan  subtitusi  prediksi-prediksi  tersebut menjadi persamaan-persamaan aliran utama yang berlaku dan kemudian melakukan manipulasi matematis
 Penyelesaian  persamaan  aljabar.  Pada  proses solver , terdapat 3 persamaan atur aliran fluida yang menyatakan hukum kekekalan fisika, yaitu : 1) massa fluida kekal; 2) laju  perubahan  momentum  sama  dengan  resultansi  gaya pada  partikel  fluida  (Hukum  II  Newton);  3)  laju perubahan energi sama dengan resultansi laju panas yang ditambahkan  dan  laju kerja yang diberikan pada partikel fluida (Hukum I Termodinamika).
3. Post-Processor
Post  processing  merupakan  tahap  visualisasi dari tahapan sebelumnya.  Post  processor  semakin  berkembang  dengan majunya engineering workstation yang mempunyai kemampuan grafik dan visualisasi cukup besar.
Dalam  simulasi,  model-model  yang  digunakan  didiskretisasi dengan metode formulasi dan diselesaikan dengan menggunakan  bermacam-macam  algoritma  numerik.  Metode diskretisasi  dan  algoritma  terbaik  yang  digunakan  tergantung dari tipe masalah dan tingkat kedetailan yang dibutuhkan.

## III. METODOLOGI
Metodologi  penelitian  adalah  kerangka  dasar  dari  tahapan penyelesaian  tugas  akhir.  Metodologi  tersebut  mencakup semua  kegiatan  yang  akan  dilaksanakan  untuk  memecahkan masalah atau melakukan proses analisa terhadap permasalahan pada  tugas  akhir  ini.  Tahapannya  digambarkan  dalam flowchart dibawah berikut ini:

## IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

## A. Penggambaran Model
Pada  sub  bab  ini  akan  dijelaskan  mengenai  langkah- langkah  penggambaran  model  propeller  Kaplan  series.  Model propeller Ka series yang akan dibuat berdasarkan pada batasan masalah  yang  sudah  ditentukan  yaitu  mempunyai  diameter  2 m,  Pertama  yang  dilakukan  dalam  proses  penggambaran adalah  menentukan  koordinat  dari  masing-masing  propeller tersebut yang didapat dari marine propeller geometry.
Koordinat-koordinat yang telah terhubung dengan garis tersebut selanjutnya  diberi surface.
Akan tetapi penggambaran yang sudah dilakukan tadi hanya satu  buah  blade  saja  jadi  untuk  mendapatkan  jumlah  blade yang
Gambar 4.5 Profil Kort Nozzle tipe 19 A
Gambar 4.6 surface dari nozzle
Gambar 4.7 dan 4.8.pemberian surface pada sudu
diinginkan perlu melakukan tool rotate terhadap sumbu x yang perpusat  pada  koordinat  (0,  0,  0).  Misalnya  untuk mendapatkan jumlah blade 3, maka harus diputar 120 0 , apabila menginginkan  blade  4,harus  diputar  90 0 ,  dan  untuk mendapatkan blade 5 maka harus diputar 72 0 .
Setelah  semua  gambar  blade  terpenuhi  langkah  selanjutnya yaitu  membuat  boss  dari  masing-masing  propeller  tersebut. Berdasarkan  batasan  masalah  yang  sudah  ditentukan  dalam bab 1 Pitch ratio yang digunakan untuk menggambar model ini adalah  konstan, yaitu 0.7 yang    sudut putarnya dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut.
Setelah pembuatan daun propeller selesai selanjutnya yaitu  membuat  .  Variasi  bentuk  hub  cap  yang  akan  diujikan adalah Modif 1 (Thin), Modif 2 (Raptor), Modif 3 (SU-47)dan Modif  4  (Groove)  dengan  menambahakan  sudu  45  derajat pada  (duct).  Pengujian  model  ini  bertujuan  untuk  mengetahui area,  tekanan  dan  juga wall  shear pada face  dan  back yang terjadi akibat adanya variasi jenis hub cap pada propeller yang telah dibuat.

## B. Penggambaran Model duct
Spesifikasi Kort Nozzle yang dipergunakan adalah: Tipe              : Nozzle 19 A Diameter dalam    : 2060 mm Lebar            : 1545 mm

## C. Penggambaran Hub Cap
Sedangakan  diadalam  tugas  akhir  ini  akan  dibuat    bentuk sirip  (fin)  dari  hub  cap  akan  dimodelkan  dalam  4  jenis  tpe sirip, yakni :
1. Modif 1 (Thin)
Gambar 4.9 Tampilan propeller pada CFX
Gambar 5.0  Gaya yang bekerja pada foil
Gambar 5.3 grafik perbandingan nilai persentase efisiensiterhadap ducted propeller normal dengan perubahan rpm.
2. Modif 2 (Raptor)
3. Modif 3 (SU-47)
4. Modif 4 (Groove)

## D. Penggambaran sudu
sebuah  sudu  yang  mana  nantinya  dihubungkan  oleh  garis (line),dan  kemudian  membemtuk  sebuah  garis  ,yang dilanjutkan Diatas merupakan koordinat dari sebuah sudu yang mana  dari  koordinat  tersebut  di  hubungkan  dengan  garis kemudian dilanjutkan, untuk membentuk
Tahap  selanjutnya  yaitu  memasukkan  inputan  data  dalam CFX  sesuai  dengan  metode  Roating  Domain  variasi  yang sudah  ditentukan  sebelumya  yaitu  putaran  propeller  masing- masing 1.26 rps, 1.53 rps, 1.9 rps, 2.52 rps, dan 3.8 rps.
Dalam memmasukan inputan data ke cfx ada bebrapa yang perlu diinsert domain,inlet part.outlet dan juga wall. Hal lain yang juga perlu diperhatikan adalah jumlah iterasi yang diinginkan, kemudian baru melakukan running dengan jenis keluaran proses ini adalah file result atau disingkat “res”. Dari sini kemudian melangkah ke proses selanjutnya yaitu proses solver. Dengan menggunakan inputan file definition dari tahap pre, proses running solver dijalankan untuk membaca persamaan-persamaan dari simulasi yang telah dilakukan, sehingga output parameter yang akan dicari dapat ditampilkan.

## E. Model Hasil Simulasi
Dari  hasil  simulasi  model  akan  didapatkan  beberapa  data yang  dibutuhkan  untuk  analisa  yaitu  luas  area  (m 2 ),  tekanan (Pa),  dan  tegangan  geser  (Pa)  baik  pada face maupun  pada back .  Dari  54  model  yang  ada  dan  setelah  dirunning  dengan
masing-masing sebanyak 5 variasi maka akan didapatkan data sebanyak  25  kali.  Data-data  tersebut  akan  digunakan  untuk analisa  lebih  lanjut  mengenai  distribusi  aliran  fluida  pada masing-masing  model  yang  nantinya  akan  berpengaruh terhadap pressure dan torque dari propeller.

## F. Analisa Data
Pada  tahap  ini,  data  yang  diperoleh  dari  proses  simulasi yaitu pressure, wallshear dan area diambil untuk menentukan proses validasi dan variasi dari percobaan yang dilakukan.

## G. Hasil Variasi
Berdasarkan permasalahan dan batasan masalah yang sudah diuraikan di bab sebelumnya maka didapatkan variasi propeller masing-masing diputar 1.26 rps, 1.53 rps, 1.9 rps, 2.52 rps, dan 3.8 rps.

## H. Hasil pembacaan grafik
Dapat dilihat bahwa ada kecenderunga menurunnya efisiensi modifikasi  sudu  ducted  hub  cap  yang  mana  masih  berada dibawah  ducted  normal  propeller.aka  tetapi  efisiensi  yang paling efisien terdapat pada modif hub cap grove yaitu dengan nilai 0,93 pada 75.6 rpm.Dan efisiensi yang terendah terdapat padagrove  juga  akan  tetapi  pada  putaran  yang  sangat  tinggi yaitu 228 rpm.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  data  dan  hasil  dari  analisa  data  dan pembahasan  yang  telah  diuji  coba  ,maka  dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Berdasarkan  analisa  percobaan  Thrust  terbesar  dari  hasil yang  dilakukan  terdapat  pada  model  gambar  ducted propeller  normal  dengan  nilai  thrust  87.81  Kn  dengan 228  rpm,sedangkan  yang  terendah  terdapat  pada  model ducted  propeller  hub  cap  jenis  Grove  variasi  sudu  45 (derajat) dengan nilai 69Kn dengan 28 rpm.
2. Berdasarkan  analisa  percobaan  Torsi  terbesar    dari  hasil yang dilakukan terdapat pada model ducted propeller hub cap jenis Grove variasi sudu 45 derajat yaitu dengan nilai 48.27 dengan 228 rpm.Sedangkan yang terendah terdapat pada model ducted propeller hub cap jenis Raptor dengan variasi sudu 45 derajat,yaitu dengan nilai 28 (Kn) dengan 75.6 rpm.
3. Berdasarkan  analisa  percobaan  efisiensi  yang  terbesar dari  hasil  yang  dilakukan  terdapat  pada  model  dected propeller grove variasi sudu 45 derajat,yakni 0.93 denga putaran  75.6  rpm.  Dan  yang  terenadah  terdapat  pada model  model  dected  propeller  grove  variasi  sudu  45 derajat,yakni 0.18 dengan putaran 228 rpm.
4. Dengan  memodifikasi  ducted  dan  penambahan  hub  cap jenis  Grove  adalah  jenis  propeller  yang  domofi  paling efisiensi dengan putaran rendah,nila dibandingan dengan jenis ducted propeller normal dengan rpm sama.

## VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] W.Adji,  Surjo.  2005.Engine  Propeller  Matching.  Surabaya  Teknik Sistem Perkapalan ITS.
[2] W.Adji,  Surjo.  2005.Pengenalan  Sistem  Propulsi.  Surabaya  Teknik Sistem Perkapalan ITS.
[3]
Kuiper , G. 1992. :The Wegeningen Propeller  Series”
Hanburg :Intitut fur Schiffbau dar Univarstat Hanburg