Verifikasi Teoritis Analisa Gaya Dorong Propeler Thrust

40

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Pada bab ini, akan dilakukan pembahasan mengenai hasil dari analisa aliran fluida yang telah dilakukan pada ketiga jenis propeler dengan kondisi yang sama. Kemudian dengan menggunakan hasil yang telah diperoleh, akan dilakukan perhitungan dan pembahasan yang berkaitan dengan turbulensi dan pulsasi yang terjadi dengan tujuan untuk mencapai propeler yang rendah bising. Analisa yang dilakukan pada ketiga jenis propeler ini meliputi tentang analisa kontur kecepatan, tekanan dan turbulensi dimana akan ditampilkan secara gambar berwarna yang disertai parameter nilai yang dicapai. Adapun jenis propeler yang akan dibahas adalah propeler dari airfoil CLARK-Y, propeler APC dan propeler Master Airscrew. Propeler APC dan Master Airscrew dipilih sebagai perbandingan terhadap propeler CLARK-Y dikarenakan alasan bahwa kedua jenis propeler ini merupakan produk pabrikan yang sedang diminati masyarakat internasional sebagai propeler yang secara konstan rendah bising serta memiliki kualitas unjuk kerja yang baik.

4.1 Verifikasi Teoritis

Sebelum penganalisaan dilakukan, perlu dilakukan verifikasi teoritis untuk menjamin bahwa simulasi yang dilakukan telah sesuai dengan perhitungan teoritis. Pada pengujian teoritis ini, akan dilakukan perhitungan terhadap kecepatan putar maksimum yang terjadi pada ujung propeler, dengan menggunakan rumus berikut. Universitas Sumatera Utara 41 � � ��� � � � = � ��� � ��� � 3,14 12 � 60 Diketahui : N = 8500 rpm D Clark-Y = 0,46 m ~18,11 in D APC = 0,38 m ~ 14,96 in D Clark-Y = 0,20 m ~ 8,66 in Dan setelah dilakukan perhitungan, diperoleh bahwa kecepatan rotasional untuk propeler CLARK-Y adalah 204,62 ms, propeler APC adalah 169,03 ms dan propeler Master Airscrew adalah 97,85 ms. Hasil perhitungan ini akan diperbandingkan dengan hasil kecepatan permukaan propeler yang telah diperoleh dari simulasi CFD dan akan disajikan dalam tabel berikut. Tabel 4.1 Perbandingan Hasil Teoritis Dan Hasil Simulasi PROPELER Hasil Perhitungan Hasil Simulasi Ralat CLARK-Y 204,62 ms 202,7 ms 0,938 APC 169,03 ms 166,2 ms 1,67 Master Airscrew 88,96 ms 87,55 ms 1,58 Dari tabel di atas dapat terlihat bahwa antara hasil perhitungan dan hasil simulasi tidak berbeda jauh dengan persen ralat di bawah 2. Perbedaan ini disebabkan faktor – faktor minor yang tidak diperhitungkan seperti gesekan udara, dan hal teknis lainnya. Oleh karena hasil yang diperoleh tidak jauh berbeda, maka penelitian simulasi dapat dinyatakan benar dan dapat dilanjutkan. Universitas Sumatera Utara 42

4.1 Analisa Kecepatan, Tekanan Dan Turbulensi Propeler

Propeler yang telah memiliki geometri akan dimasukkan ke dalam ruang simulasi pada software Solidworks untuk memperoleh karakteristik aliran fluida yang mengalir melaluinya. Kondisi fluida dan parameter keadaan yang diuji pada ketiga jenis propeler ini adalah sama. Setelah diperoleh hasil simulasi, maka akan diperbandingkan satu sama lain untuk memperoleh kandidat jenis propeler yang terbaik.

4.1.1 Propeler CLARK-Y

Propeler ini dianalisa dengan menginput spesifikasi data yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Hasil iterasi yang dilaksanakan pada simulasi ini adalah sebesar 11.039 kali. Analisa propeler CLARK-Y ini akan menampilkan beberapa hasil simulasi yaitu kontur kecepatan, kontur tekanan, kontur turbulensi dan data – data simulasi lainnya. Gambar 4.1 Aliran Kecepatan Udara Melewati Prope ler Universitas Sumatera Utara 43 Untuk mengetahui kecepatan yang lebih spesifik pada udara yang melewati propeler, dapat dilihat pada kontur kecepatan berikut ini yang disertai dengan penunjuk kecepatan pada titik -titik tertentu. Gambar 4.2 Kontur Kecepatan Udara Propeler CLARK –Y Dari gambar aliran kecepatan di atas, dapat diperhatikan bahwa kecepatan maksimum yang terjadi setelah udara melewati propeler adalah 21,3071 m s yaitu pada koordinat x = 0.26 m dan y = -0.132 m. Kecepatan udara yang melewati propeler bersifat terpecah. Universitas Sumatera Utara 44 Gambar 4.3 Kontur Tekanan Propeler CLARK –Y Pada kontur tekanan yang ditampilkan pada gambar di atas, dapat dilihat bahwa persebaran tekanan di sekitar areal propeler adalah sekitar 101,1 kPa hingga 101,3 kPa pada jarak 1.400 mm. Namun pada areal pusat propeler tekanan menurun menjadi 101.096 Pa, dimana hal ini disebabkan kecepatan di ujung propeler menjadi tinggi. a Universitas Sumatera Utara 45 b Gambar 4.4 Kontur Kecepatan Permukaan Propeler CLARK-Y a dan Titik Kecepatan Tertinggi b Dari gambar persebaran kontur kecepatan di atas, dapat dilihat bahwa pada bagian pusat propeler merupakan bagian dengan kecepatan terendah dan berangsur – angsur meningkat pada bagian yang semakin jauh dari titik pusat. Kecepatan tertinggi terjadi pada bagian ujung propeler titik berwarna merah yaitu sebesar 202,7 m s dan kecepatan terendah yaitu di pusat dengan nilai hampir mendekati nol yaitu 0,5 m s . Ini membuktikan bahwa semakin jauh suatu titik dari titik pusat putaran, maka kecepatan yang terjadi akan semakin besar di titik tersebut. Universitas Sumatera Utara 46 Gambar 4.5 Kontur Tekanan Pada Permukaan Propeler CLARK – Y Pada gambar di atas dapat diperhatikan bahwa tekanan menjadi tinggi pada areal yang sebelah kiri propeler bagian atas dan berkebalikan pada bagian bawahnya. Hal ini dikarenakan udara bergerak dengan arah berlawanan arah jarum jam dengan kecepatan tinggi akan menghasilkan tekanan yang rendah. Dapat dilihat bahwa tekanan tertinggi yang ditandai titik merah pada gambar adalah 115.005 Pa dan tekanan terendah yang ditandai titik biru pada gambar adalah 81.968 Pa Universitas Sumatera Utara 47 Gambar 4.6 Kontur Energi Turbulensi Propeler CLARK-Y Pada gambar kontur turbulensi di atas, terlihat bahwa turbulensi terjadi pada daerah yang berjarak 0,3 m dari propeler dengan karakteristik yang terbelah dan mencapai nilai maksimum sekitar 12 Jkg pada jarak x = 1,1 m dan y = 0,088 m. Turbulensi pada CLARK-Y menghasilkan intensitas sekitar 0,4 W hingga 0,53 W pada daerah pertengahan dan pada titik turbulensi maksimum juga menghasilkan intensitas maksimum yaitu 2,77 W. Perhitungan intensitas dan daya Power dilakukan secara manual dengan menggunakan rumus berikut � �� � 2 � � = � �� �� � � × � ��� � 3 � � × �� �� Dimana untuk jarak 1 m, diketahui • H = 0,020879 Jkg. • ρ = 1.18969 kgm 3 Universitas Sumatera Utara 48 • t = 5 s � �� � 2 � � = 0,020879 �� �� � � × 1,18969��� � 3 � � × 1 � 5 � � �� � 2 � � = 2,68727 Dalam satuan desibel menjadi ��� = 10��� 10 � � � � Dimana I o adalah intensitas ambang batas rata – rata bawah pendengaran dengan nilai 10 -12 Wm 2 , sehingga ��� = 10��� 10 � 2,68727 10 −12 � � = 124,29 �� Maka Power W yang diperoleh adalah �� = ��� × � � 2 �� = 124,29 × 0,004 = 0,497172 � Tabel 4.2 Hasil Simulasi Propeler CLARK-Y Goal Name Unit Value GG Max Dynamic Pressure 1 [Pa] 24973.05696 GG Max Velocity 1 [ms] 202.7112881 GG Max Turbulent Energy 1 [Jkg] 245.8376173 Iterations: 11039

4.1.2 Propeler APC

Simulasi propeler APC terjadi sebanyak 10.675 kali iterasi, dengan fokus utama simulasi pada kecepatan, tekanan dan energi turbulensi. Berikut ini adalah hasil aliran kecepatan udara yang melewati propeler APC Universitas Sumatera Utara 49 Gambar 4.7 Aliran Kecepatan Udara Pada Propeler APC Untuk mengetahui kecepatan yang lebih spesifik pada setiap daerah, akan disajikan pada gambar kontur kecepatan berikut ini. Gambar 4.8 Kontur Kecepatan Aliran Udara Propeler APC Dari gambar kontur kecepatan di atas dapat dilihat bahwa kecepatan udara pada saat akan meninggalkan pusat propeler sangatlah rendah yaitu sekitar 2,9 m s . Kemudian terjadi peningkatan kecepatan di daerah 0,3m dari propeler menjadi Universitas Sumatera Utara 50 15 m s . Kecepatan udara mengalami penurunan dan mengekor menjadi sekitar 10 m s . Gambar 4.9 Kontur Tekanan Propeler APC Pada gambar persebaran tekanan di atas, tekanan mengalami penurunan di daerah pertengahan dimulai dari jarak x = 0 m hingga 0,8 m yaitu sekitar 101,2 kPa untuk y = 0,1 dan -0,1 m. Tekanan udara normal yang ditandai dengan warna yang lebih gelap berkisar 101,3 kPa. Gambar 4.10 Kontur Kecepatan Permukaan Propeler APC Universitas Sumatera Utara 51 Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa kecepatan tertinggi pada ujung propeler adalah sekitar 166 m s dan berangsur – angsur turun hingga mencapai 0,19 m s pada pusat propeler. Gambar 4.11 Kontur Tekanan Permukaan Propeler APC Dari gambar tekanan di atas terlihat bahwa daerah tekanan tertinggi adalah 108.282 Pa pada titik berwarna merah dan terendah adalah 9.2744 Pa pada titik berwarna biru. Gambar 4.12 Kontur Energi Turbulensi Propeler APC Universitas Sumatera Utara 52 Dari gambar kontur di atas terlihat bahwa turbulensi terjadi di dua daerah, yaitu daerah pertama pada pusat propeler dan daerah kedua yang berjarak agak jauh yaitu sekitar 1 m dari propeler. Pada daerah yang berlokasi pada titik x = 1,8 m dan y = 0,04 m, terjadi energi turbulensi maksimum yaitu sekitar 1,63 Jkg dengan intensitas 0,514 W. Tabel 4.3 Hasil Simulasi Propeler APC Goal Name Unit Value GG Max Dynamic Pressure 1 [Pa] 16449.78691 GG Max Velocity 1 [ms] 166.2538551 GG Max Turbulent Energy 1 [Jkg] 14.92372445 Iterations: 10675

4.1.3 Propeler Master Airscrew

Untuk simulasi terhadap propeler Master Airscrew, dilakukan iterasi sebanyak 11.039 kali dan fokus utama simulasi adalah mengenai kecepatan, tekanan dan juga energi turbulensi. Berikut ini adalah hasil dari analisa kecepatan yang dilakukan pada propeler Master Airscrew. Gambar 4.13 Karakteristik Kecepatan Udara Pada Propeler Master Airscrew Universitas Sumatera Utara 53 Melalui gambar di atas, terlihat bahwa aliran kecepatan udara yang terjadi cenderung lebih pendek dibanding kedua propeler sebelumnya. Hal ini mengindikasikan bahwa tenaga yang dihasilkan cenderung tidak besar dan pada umumnya lebih efektif untuk pesawat yang membutuhkan kecepatan tinggi namun kurang bertenaga. Gambar 4.14 Kontur Kecepatan Udara Propeler Master Airscrew Dari gambar di atas terlihat bahwa kecepatan udara yang dihasilkan setelah melalui propeler adalah sebesar 16 ms hingga 17 ms. Namun kecepatan udara ini cenderung tidak bertahan lama dan turun menjadi 10 ms pada jarak 0.2 m dari propeler dan berangsur – angsur menghilang. Persebaran kecepatan udara ini juga tidak beraturan sehingga dapat berpotensi menyebabkan suara yang lebih berisik. Universitas Sumatera Utara 54 Gambar 4.15 Kecepatan Permukaan Propeler Master Airscrew Dari simulasi diperoleh bahwa kecepatan tertinggi pada ujung propeler berada pada 87,55 ms dan kemudian menurun hingga mencapai 0,17 ms pada pusat propeler. Kecepatan yang termasuk rendah apabila dibandingkan dengan dua propeler sebelumnya dikarenakan panjang propeler ini lebih pendek dibanding propeler CLARK – Y dan propeler APC. Gambar 4.16 Kontur Tekanan Permukaan Propeler Master Airscrew Universitas Sumatera Utara 55 Untuk persebaran tekanan pada propeler Master Airscrew terlihat bahwa pada ujung sebelah kanan atas propeler merupakan bagian tekanan terendah dengan aliran udara bergerak berlawanan arah jarum jam. Namun dapat dilihat pada sisi yang sama terdapat bagian berwarna merah yang berarti tekanan tinggi. Hal ini diakibatkan geometri propeler yang menghambat gerakan udara sehingga menjadikan tekanan meningkat pada daerah tersebut. Gambar 4.17 Kontur Tekanan Propeler Master Airscrew Untuk tekanan, cenderung lebih stabil tanpa ada perubahan nilai yang signifikan dengan nilai rata – rata 101 Kpa pada udara setelah melewati propeler. Pada daerah putaran propeler, tekanan menurun menjadi 99 KPa dimana hal ini dikarenakan kecepatan yang tinggi terjadi pada daerah ini ketika propeler berputar. Universitas Sumatera Utara 56 Gambar 4.18 Kontur Energi Turbulensi Propeler Master Airscrew Hasil simulasi menunjukan bahwa propeler jenis ini tidak menghasilkan energi turbulensi yang besar dimana pada daerah setelah udara melewati propeler, energi turbulensi yang terjadi relatif sama dan bagian yang terdeteksi lebih besar sedikit hanya mencapai 0,7 Jkg yaitu pada jarak 0,7 m dari propeler. Intensitas tertinggi pada propeler ini terdapat pada daerah 0,1 m dari propeler yaitu sebesar 0,5 W. Tabel 4.4 Hasil Simulasi Propeler Master Airscrew Goal Name Unit Value GG Max Dynamic Pressure 1 [Pa] 5279.752254 GG Max Velocity 1 [ms] 96.19982243 GG Max Turbulent Energy 1 [Jkg] 27.50131856 Iterations: 9640 Universitas Sumatera Utara 57

4.2 Analisa Gaya Dorong Propeler Thrust

Ketiga jenis propeler ini akan dihitung berdasarkan gaya dorong Thrust yang dapat dihasilkan sebagai perbandingan unjuk kerja yang diperoleh tiap – tiap propeler. Adapun gaya dorong propeler dihitung berdasarkan rumus berikut. � = � 4 � 2 �� + ∆� 2 � �. ∆� Dimana untuk : • CLARK Y D =0,46 m dan ΔV = 21,3 ms • APC D = 0,38 m dan ΔV = 19,8 ms • Master Airscrew D = 0,22 m dan ΔV = 17,2 ms • Semua Propeler ρ = 1,225 kgm 3 Perhitungan dilakukan untuk kecepatan V dari 0 ms sampai 40 ms. Berikut adalah hasil Thrust yang diperoleh dan disajikan dalam bentuk tabel. Tabel 4.5 Hasil Thrust Propeler CLARK-Y CLARK Y V ms T N 46.15839 2 54.82663 4 63.49487 6 72.16311 8 80.83135 10 89.49959 12 98.16784 14 106.8361 16 115.5043 18 124.1726 20 132.8408 Universitas Sumatera Utara 58 22 141.509 24 150.1773 26 158.8455 28 167.5138 30 176.182 32 184.8503 34 193.5185 36 202.1867 38 210.855 40 219.5232 Tabel 4. 6 Hasil Thrust Propeler APC APC V ms T N 27.21907 2 32.71788 4 38.21668 6 43.71548 8 49.21428 10 54.71309 12 60.21189 14 65.71069 16 71.20949 18 76.7083 20 82.2071 22 87.7059 24 93.2047 26 98.70351 28 104.2023 30 109.7011 32 115.1999 34 120.6987 Universitas Sumatera Utara 59 36 126.1975 38 131.6963 40 137.1951 Tabel 4.7 Hasil Thrust Propeler Master Airscrew Master Airscrew V ms T N 6.884589 2 8.485656 4 10.08672 6 11.68779 8 13.28886 10 14.88992 12 16.49099 14 18.09206 16 19.69313 18 21.29419 20 22.89526 22 24.49633 24 26.09739 26 27.69846 28 29.29953 30 30.9006 32 32.50166 34 34.10273 36 35.7038 38 37.30486 40 38.90593 Hasil thrust yang telah diperoleh ketiga jenis propeler ini akan diperbandingkan dalam bentuk grafik untuk mempermudah dalam mendapatkan Universitas Sumatera Utara 60 unjuk kerja yang paling tinggi. Berikut adalah grafik dari nilai thrust untuk ketiga jenis propeler ini. Gambar 4.19 Grafik Nilai Thrust Propeler Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa propeler memiliki unjuk kerja yang paling tinggi dimana pada kecepatan 40 ms nilai thrust yang diperoleh propeler CLARK-Y adalah 179,5 N. Untuk propeler APC adalah 137 N dan yang paling rendah adalah Master Airscrew dengan nilai 38,9 N. Dari sisi segi unjuk kerja, maka disimpulkan bahwa propeler CLARK-Y memiliki kemampuan thrust tertinggi. 4.3 Analisa Kebisingan 4.3.1 Karakteristik Perambatan Kebisingan Pada Udara