Nugroho, Anton (2025) Studi Numerik Sistem Ventilasi Udara Untuk Mengurangi Heat Stress dan Exhaust Gas Leakage Pada Ruang Mesin Kapal Perang Jenis Landing Ship Tank (LST). Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
![[thumbnail of 7007221005_Doctoral.pdf]](http://repository.its.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text
7007221005_Doctoral.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (9MB) | Request a copy |
Abstract
Ruang mesin kapal merupakan area dengan sistem ventilasi yang terbatas namun memiliki aktivitas termal tinggi akibat kerja mesin dan sistem pembakaran bahan bakar. Ruang tersebut sangat berpotensi terjadi akumulasi panas dan emisi gas buang berbahaya, jika terjadi kebocoran. Kondisi ini dapat memperburuk kenyamanan thermal dan menimbulkan risiko kesehatan serius bagi Anak Buah Kapal (ABK) jika tidak ditangani dengan optimal.
Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi dan mengoptimalkan sistem ventilasi udara pada ruang mesin kapal tipe Landing Ship Tank (LST) menggunakan pendekatan simulasi numerik berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD). Ruang mesin kapal merupakan area yang rentan terhadap akumulasi panas berlebih (heat stress) dan konsentrasi emisi gas berbahaya seperti CO dan CO2, sehingga dapat membahayakan kesehatan ABK dan menurunkan kinerja sistem. Melalui pemodelan 3D ruang mesin dan analisis aliran udara serta distribusi temperatur dan emisi gas, penelitian ini akan mengevaluasi berbagai konfigurasi ventilasi untuk menemukan desain yang paling efektif dan efisien dalam mengurangi paparan panas (heat stress) dan emisi gas berbahaya (exhaust gas leakage). Penelitian ini dilakukan analisis menggunakan Ansys Fluent 2023 R2. Model Turbulensi yang digunakan adalah k-epsilon RNG, dengan kondisi yang dianalisa adalah kondisi desain dan kondisi modifikasi. Modifikasi dilakukan dengan melakukan 3 variasi. Variasi pertama yaitu dengan menambah kapasitas blower ventilasi udara pada ruang mesin, dimana berdasarkan perhitungan kebutuhan suplai udara pada ruang mesin menurut catterpillar, kapasitas blower yang ada kurang memadai dan pada setiap blower dibutuhkan suplai udara sebesar 53479 cmh. Variasi kedua yaitu dengan menambahkan exhaust fan pada outlet ruang mesin, dimana menurut standar catterpillar untuk ruang mesin dibutuhkan kondisi tekanan ruangan yang positif (0,05 kPa dari tekanan atmosfer). Variasi ketiga yaitu dengan menambahkan kapasitas blower menjadi 53479 cmh dan menambahkan exhaust fan pada outlet ruang mesin. Adapun hasil yang diperoleh dari penelitian ini berupa data kuantitatif dan kualitatif. Data kuantitatif berupa grafik distribusi temperatur, tekanan, dan konsentrasi gas buang (CO & CO₂) pada setiap variasi skema ventilasi. Sedangkan data kualitatif berupa Kontur temperatur, kecepatan, tekanan, dan kontur konsentrasi gas buang (CO & CO₂) pada kondisi existing dan setiap variasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pola aliran gas beracun seperti CO dan CO₂ di ruang mesin dipengaruhi oleh desain ventilasi yang kurang optimal sehingga menciptakan zona pusaran/ death zone (secondary flow) dan meningkatkan risiko paparan bagi awak kapal, terutama yang dekat dengan sumber kebocoran. Solusi yang coba ditawarkan yaitu melalui penambahan kapasitas blower baik inlet maupun outlet pada 3 variasi. Dimana variasi 1 terbukti menjadi variasi terbaik dan paling efektif dalam menurunkan temperatur ruang mesin hingga batas yang direkomendasikan, sehingga dapat membantu mengurangi risiko paparan panas (heat strees) dan kebocoran emisi gas berbahaya (exhaust gas leakage) bagi awak kapal.
Kata kunci: CFD, gas CO dan CO2, Heat Stress, Ruang Mesin Kapal, Sistem Ventilasi.
========================================================================================================================================
The ship's engine room is an area with a limited ventilation system but has high thermal activity due to the work of the engine and fuel combustion system. This space has great potential for heat accumulation and hazardous exhaust emissions, if a leak occurs. This condition can worsen thermal comfort and pose serious health risks to the Ship's Crew (ABK) if not handled optimally. This study aims to investigate and optimize the air ventilation system in the engine room of a Landing Ship Tank (LST) type ship using a numerical simulation approach based on Computational Fluid Dynamics (CFD). The ship's engine room is an area that is susceptible to excessive heat accumulation (heat stress) and concentration of hazardous gas emissions such as CO and CO2, which can endanger the health of the crew and reduce system performance. Through 3D modeling of the engine room and analysis of air flow and temperature distribution and gas emissions, this study will evaluate various ventilation configurations to find the most effective and efficient design in reducing heat stress and hazardous gas emissions. This study was conducted using Ansys Fluent 2023 R2 for analysis. The turbulence model employed was the RNG k-epsilon, with the analyzed conditions being the design condition and the modified condition. Modifications were made through three variations. The first variation involved increasing the capacity of the air ventilation blowers in the engine room. Based on Caterpillar's calculations for the required air supply in the engine room, the existing blower capacity was insufficient, and each blower required an air supply of 53,479 cmh. The second variation involved adding an exhaust fan at the engine room outlet. According to Caterpillar's standards, the engine room requires a positive pressure condition (0.05 kPa above atmospheric pressure). The third variation combined increasing the blower capacity to 53,479 cmh and adding an exhaust fan at the engine room outlet. The results obtained from this study consist of both quantitative and qualitative data. The quantitative data includes graphs showing the distribution of temperature, pressure, and exhaust gas concentrations (CO & CO₂) for each ventilation scheme variation. Meanwhile, the qualitative data comprises contours of temperature, velocity, pressure, and exhaust gas concentrations (CO & CO₂) under both the existing condition and each variation. The study's findings reveal that the flow patterns of toxic gases such as CO and CO₂ in the engine room are influenced by suboptimal ventilation design, leading to the formation of vortex zones/death zones (secondary flow) and increasing exposure risks for the crew, particularly those near leakage sources. The proposed solution involves increasing the blower capacity for both the inlet and outlet in three different variations. Among these, Variation 1 proved to be the best and most effective in reducing the engine room temperature to the recommended limit. This improvement helps mitigate the risks of heat stress and harmful exhaust gas leakage for the ship's crew.
Keywords: CFD, CO and CO2 gas, Heat Stress, Ship's Engine room, Ventilation System.
Actions (login required)
 |
View Item |