Kajian Hidrodinamika Vane Turbin Axial Untuk Penyerapan Energi Terbuang Dari Ulekan Di Belakang Propeller

Leksono, Setyo (2014) Kajian Hidrodinamika Vane Turbin Axial Untuk Penyerapan Energi Terbuang Dari Ulekan Di Belakang Propeller. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 4108301007-Disertation.pdf Restricted to Repository staff only Download (2MB) | Request a copy

Abstract

Bila propeller berputar, air di sekitarnya akan bergerak dari depan ke belakang sehingga membentuk aliran slipstream. Propeller berputar akan menghasilkan dua macam aliran di belakangnya, aliran axial (axial velocity) dan aliran berrotasi (tangetntial velocity). Otto Grim mengusulkan penggunaan Vane Wheel di belakang propeller untuk meminimalkan kehilangan energi. Grim Vane wheel tersusun dari bentuk turbin untuk bagian dalamnya dan bentuk propeller bagian luarnya. Bagian turbin akan menyerap energi gerak aliran slipstream dan menghasilkan negatif thrust dan negatif torque. Bagian luarnya akan menghasilkan positif thrust dan positif torque. Tetapi sistem ini mempunyai banyak kelemahan berkaitan dengan konstruksinya , erosi daun dikarenakan tip vortex propeller dan retakan pada daunnya.
Metode yang diusulkan sekarang adalah untuk mereduksi permasalahan yang terjadi pada Grim vane wheel dengan menggunakan vane turbin di belakang propeller. Energi kinetic dari aliran slipstream diubah menjadi energi mekanik untuk menggerakkan/memutar turbin di belakang propeller guna menghasilkan listrik. Untuk menghindari interferensi dengan tip vortex propeller, maka diameter turbin dibuat lebih kecil daripada diameter propeller. Turbin dipasang tepat di belakang propeller.
Semua hal yang berkaitan dengan proses penelitian akan dilakukan secara analitis. Teori momentum, metode elemen daun dan teori garis angkat digunakan untuk menganalisa aliran di belakang propeller dan untuk menghitung gaya-gaya hidrodinamika pada vane turbin. Hipotesa gaya-gaya hidrodinamika vane turbin, dianalisa dengan menggunakan konsep actuator disc. Analisa Jalur (Path Analysis) digunakan untuk mengevaluasi pengaruh L/B, B/T, w (wake fraction) dan CT (Coefficient Thrust loading propeller) terhadap effisiensi daya mesin terhadap kinerja kapal.
Ada 30 buah kapal dari berbagai tipe dan jumlah poropeller yang telah dianalisa. Sebagai bahan masukan untuk mengevaluasi vane turbin, data powering kapal dihitung dengan menggunakan perangkat lunak perhitungan powering kapal
(DESP code 10) dan data dari model test. Ada dua aspek utama yang perlu
diperhatikan. Pertama , vane turbin akan menghasilkan gaya hidrodinamika
negatif (negative thrust) sehingga kecepatan kapal bisa berkurang (kehilangan
kecepatan). Kedua, sistem yang ditawarkan menghasilkan daya (power) dalam
bentuk energi listrik sehingga bisa mengurangi kehilangan energi dan
menyetimbangkan kehilangan energi akibat penurunan kecepatan..
Dari penelitian ini ditemukan bahwa ratio antara power turbin-propeller
(Pt/Ps) dan thrust turbin-propeller (Tt/Tp) akan mempengaruhi besaran energi
gain. Ini dapat dipresentasikan dalam bentuk fungsi y 13.51ln(x) 4.922 .
Supaya propelller vane turbin memberikan retrofit yang cukup baik maka harga
ratio tersebut tidak boleh lebih dari 9 %. Untuk kapal berbaling-baling tunggal,
vane turbin dapat meningkatkan power effisensi sebesar 3 – 15 %. Besarnya
effisiensi gain bergantung pada harga Thrust Loading propeller kapal. Kapalkapal
berbaling ganda, aplikasi vane turbin di belakang propeller tidak
direkomendasikan.

======================================================================

When the propeller rotates, it draws fluid into itself from the surrounding area (slipstream). The propeller produces two types of flow behind it, accelerated flow (axial velocities) and circulating flow (tangential velocities). Otto Grim proposed to minimize the energy losses by using Grim vane-wheel. The turbine part of Grim-wheel utilizes the velocities to exert negative thrust and torque on the Grim Wheel, the outer part exerts a positive thrust and positive torque. But this system has many problems concerning with the construction (supporting structure), erosion due to its exposure to the tip vortex of the propeller and crack on the blades.
The present method proposed to examining energy losses and assessing the problem of Grim-wheel by using vane-turbine behind the propeller. The kinetic energy of the axial velocities in the slipstream behind propeller is converted to mechanic energy to rotate the vane-turbine behind propeller and to produce electric. To avoid the tip vortex of the propeller, the diameter of vane-turbine is smaller than diameter of the propeller and the position of the turbine is axially closed to the propeller.
All the cases concerning with the present method will be carried out by using analytical methods (momentum theory, blade element theory and lifting line theory) to analyze the flow behind propeller and hydrodynamics force of the vane turbine. Hypothesis of hydrodynamics force of the vane turbine, was analysed by using actuator disc concept. The Path Analysis was used for evaluating the effect of L/B, B/T, w (wake fraction) and CT (Coefficient of propeller thrust loading) on the efficiency of ship power.
There are 30 ships with various types and a number of propellers have been analyzed. As an input for evaluating the vane turbine, the ship powering data was calculated by using ship powering software (DESP code 10) and from model testing. Two aspects were taken into considerations. First, the vane turbine produced a negate
ve hydrodynamics force (negative thrust) which causes the ship speed is loss.
Secondly, the vane turbine gives an additional power and reduces the energy losses.
It is found that the ratio between power (Pt/Ps) and thrust (Tt/Tp) will affect
the efficiency gain of the vane turbine. It can be presented as a function of
y 13.51ln(x) 4.922. For beneficial point of view, the ratio between thrust turbine
and thrust propeller should not exceed than 9%. For single screw ship, the propeller
vane turbine can enhance the power efficiency gain by 3-15 %. The efficiency gain
depends on the value of the coefficient thrust loading of the propeller. For twin screw
ship, the application of vane turbine behind the propeller is not recommended.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Additional Information:	RDKe 623.872 Lek k
Uncontrolled Keywords:	propeller, slipstream, turbin, vane, effisiensi gain, turbine, efficiency gain
Subjects:	V Naval Science > VM Naval architecture. Shipbuilding. Marine engineering > VM773 Ship propulsion, Electric
Divisions:	Faculty of Marine Technology (MARTECH) > Naval Architecture and Shipbuilding Engineering > 36001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Anis Wulandari
Date Deposited:	06 Sep 2017 08:12
Last Modified:	27 Dec 2017 04:13
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/48801

Actions (login required)

View Item