Hasil Volume dan berat muatan
Berdasarkan perlakuan dengan variasi volume palka dan tinggi muatan, diperoleh data volume muatan cair pada palka seperti yang disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5 Ukuran volume muatan cair
Keterangan Volume muatan air (cm3)
¼ tp ½ tp ¾ tp P23 yaitu perlakuan dengan menggunakan palka berukuran 1/2 dan berisi muatan cair setinggi ¾ tinggi palka. Adapun muatan cair yang memiliki volume paling sedikit terdapat pada perlakuan P11 yaitu perlakuan dengan menggunakan palka berukuran 1/3 dan berisi muatan cair setinggi ¼ tinggi palka.
Volume muatan berhubungan erat dengan berat muatan. Semakin berat sebuah muatan di atas kapal, maka semakin tinggi draft kapal yang terbentuk.
Ketinggian muatan dan draft kapal model disajikan pada Tabel 6.
Tabel 6 Ketinggian muatan dan draft kapal model Perlakuan Ketinggian
muatan (cm)
Berat muatan
(gram)
Draft (cm) Selisih tinggi muatan
10
Draft (cm) Selisih tinggi muatan
- : posisi permukaan muatan di bawah draft kapal + : posisi permukaan muatan di atas draft kapal
Tabel 6 menunjukkan pada palka dengan tinggi muatan ¾ tinggi palka (P13
dan P23) memiliki tinggi muatan cair berada di atas draft. Adapun pada palka dengan tinggi muatan ¼ tinggi palka dan ½ tinggi palka (P11, P12, P21, dan P22) memiliki tinggi muatan cair lebih rendah dari tinggi draft.
Titik berat kapal model
Berat dan volume tiap muatan cair di palka berbeda-beda terhadap setiap perlakuan sehingga titik berat kapal model berubah dari posisi semula. Berikut tabel titik berat (KG) dari tiap perlakuan seperti yang disajikan pada Tabel 7 dengan perhitungan KG yang disajikan pada Lampiran 2.
Tabel 7 Nilai titik berat kapal model
Palka model Perlakuan Berat kapal model + muatan (gram) seiring dengan bertambahnya berat muatan yang disebabkan oleh bertambahnya volume dan tinggi muatan, maka titik berat (KG) paling besar pada perlakuan P23 yaitu perlakuan dengan menggunakan palka berukuran 1/2 dan berisi muatan cair setinggi ¾ tinggi palka.
Profil gerakan rolling
Saat gerakan rolling terjadi pada kapal, maka kapal akan menghasilkan sudut oleng. Muatan cair yang bersifat mudah berpindah tempat sesuai dengan pergerakan wadahnya mengakibatkan sudut oleng tiap perlakuan memiliki nilai yang berbeda sesuai volume dan tinggi muatan. Pergerakan rolling ini selanjutnya dibandingkan berdasarkan tinggi muatan dan volume palka.
11
Tinggi muatan sama, volume palka berbeda
Perbandingan dilakukan pada nilai sudut oleng kapal model hingga posisi kapal model perlahan kembali ke posisi semula (stabil). Berdasarkan hasil rekam gerakan rolling kapal model diperoleh profil gerakan rolling kapal model pada perlakuan yang berbeda. Profil gerakan rolling kapal model berdasarkan tinggi muatan terlihat pada grafik yang disajikan pada Gambar 5, 6, dan 7.
Gambar 5 Grafik profil sudut oleng muatan P11 dan P21
Gambar 6 Grafik profil sudut oleng muatan P12 dan P22 -30
-20 -10 0 10 20 30 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Sudut Oleng (˚)
Waktu (detik)
P11 P21
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Sudut Oleng (˚)
Waktu (detik)
P12 P22
12
Gambar 7 Grafik profil sudut oleng muatan P13 dan P23
Gambar 5, 6 dan 7 dapat dilihat bahwa garis kontinyu menunjukkan perlakuan dengan palka model 1/3 dan garis putus-putus yang menunjukkan perlakuan dengan palka model 1/2 . Sudut kemiringan yang bernilai positif menandakan bahwa kapal model bergerak oleng ke kanan, dan yang bernilai negatif menandakan bahwa kapal model bergerak oleng ke kiri.
Perbandingan pada Gambar 5, 6 dan 7 dilakukan terhadap profil gerakan rolling yang dihasilkan oleh kapal model dengan tinggi muatan yang sama akan tetapi dimensi palka berbeda. Pada ketiga grafik tersebut menunjukkan waktu redam yang cenderung sama. Gambar 5 dan 6 menunjukkan grafik profil sudut oleng pada ketinggian muatan ¼ tinggi palka dan ½ tinggi palka. Pada kedua gambar dapat dilihat bahwa sudut oleng yang dihasilkan oleh palka 1/2 berada di atas palka 1/3 pada tiap terjadi gerakan oleng. Pada Gambar 5 dan 6 juga terlihat periode rolling pada palka 1/2 lebih cepat dan memiliki jumlah oleng lebih banyak dari pada palka 1/3 . Namun Gambar 7 grafik profil sudut oleng pada ketinggian muatan ¾ tinggi palka memiliki sudut oleng pada palka 1/2 cenderung berada di bawah palka 1/3 pada tiap gerakan oleng dengan periode rolling palka 1/2 lebih lambat dan jumlah oleng lebih sedikit.
Tinggi muatan berbeda, volume palka sama
Perubahan nilai sudut oleng kapal model bertambah seiring meningkatnya tinggi muatan palka model. Berdasarkan hasil rekam gerakan rolling kapal model diperoleh profil gerakan rolling kapal model pada perlakuan yang berbeda. Profil gerakan rolling kapal model berdasarkan volume palka terlihat pada grafik yang disajikan pada Gambar 8 dan 9.
.
13
Gambar 8 Grafik profil sudut oleng muatan dengan Palka 1/3
Gambar 9 Grafik profil sudut oleng muatan dengan Palka 1/2 Perbandingan pada Gambar 8 dan 9 dilakukan terhadap profil gerakan rolling yang dihasilkan oleh kapal model dengan volume palka sama akan tetapi tinggi muatan berbeda. Gambar 8 dan 9 menunjukkan grafik profil sudut oleng pada palka 1/3 maupun palka 1/2 memiliki grafik sudut oleng yang semakin kecil seiring bertambahnya tinggi muatan cair pada palka. Pada kedua gambar terlihat pula waktu redam semakin rendah dan periode rolling semakin cepat dengan bertambahnya tinggi muatan pada kedua palka.
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Sudut Oleng (˚)
Waktu (detik)
P11 P12 P13
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Sudut Oleng (˚)
Waktu (detik)
P21 P22 P23
14
Parameter gerakan rolling
Saat gerakan rolling terjadi terdapat parameter yang dapat mempengaruhi kualitas dari gerakan rolling itu sendiri. Parameter gerakan rolling dapat diketahui dengan melihat besar sudut oleng, frekuensi rolling dan periode rolling. Dengan mengetahui parameter tersebut dapat disimpulkan seberapa baik kualitas gerakan rolling kapal bermuatan cair dan pengaruhnya terhadap stabilitas kapal.
Sudut oleng
Gerakan rolling pada kapal model menghasilkan sudut oleng yang berubah-ubah di setiap keolengannya. Perubahan sudut oleng pada gerakan rolling dapat dilihat dengan besarnya sudut rolling pertama (θ1) dan rolling kedua (θ2).
Pada θ1 dan θ2 tiap perlakuan memiliki nilai yang berbeda. Pada Gambar 10 disajikan ilustrasi letak nilai θ1 dan θ2.
Gambar 10 Ilustrasi letak nilai θ1 dan θ2
Pada saat pertama kali kapal diolengkan sampai sheer pada bagian midship kapal model, nilai sudut oleng awal (θ0) memiliki kecendrungan yang sama pada tiap perlakuan sehingga efek muatan cair pada kapal yang mempengaruhi keolengan kapal ada pada gerakan oleng pertama (θ1), kedua (θ2) dan seterusnya hingga kapal kembali tegak ke poisisi semula. Besar sudut oleng pertama (θ1) dan kedua (θ2) adalah posisi kemiringan kapal model maksimal ke arah kanan. Nilai sudut oleng tersebut yang akan dikaji tiap perlakuan seperti yang disajikan pada Gambar 11 dan 12.
15
Gambar 11 Grafik sudut oleng saat θ1 Palka 1/3 dan 1/2
Gambar 12 Grafik sudut oleng saat θ2 Palka 1/3 dan Palka 1/2 Berdasarkan pada Gambar 11 dan 12 dapat dilihat nilai sudut oleng rolling pertama (θ1) dan kedua (θ2) pada tiap perlakuan. Pada ketinggian muatan ¼ tinggi palka dan ½ tinggi palka terlihat nilai pada palka 1/3 memiliki sudut oleng lebih kecil dari pada palka 1/2 adapun pada ketinggian muatan ¾ tinggi palka terlihat nilai pada palka 1/3 memiliki sudut oleng lebih besar dari pada palka 1/2 . Frekuensi rolling
Frekuensi rolling diperoleh dari banyaknya gerakan rolling saat kapal oleng dibagi dengan waktu redam. Waktu redam adalah waktu yang dibutuhkan kapal
16
waktu redam dapat diperoleh nilai frekuensi rolling. Gambar 13 menunjukkan frekuensi rolling palka 1/3 dan 1/2 pada setiap ketinggian muatan cair.
Gambar 13 Grafik frekuensi rolling palka 1/3 dan 1/2 di setiap
ketinggian
Gambar 13 menunjukkan nilai jumlah gerakan rolling dan waktu redam berkurang dengan seiring bertambahnya volume muatan cair. Nilai frekuensi rolling semakin kecil pada setiap bentuk palka model. Nilai frekuensi terbesar ada pada palka 1/2 dengan ketinggian muatan ¼ tinggi palka. Adapun nilai frekuensi terkecil ada pada palka 1/2 dengan ketinggian muatan ¾ tinggi palka.
Periode rolling
Nilai periode rolling didapatkan dengan membagi waktu redam dengan jumlah gerakan, nilai pada periode rolling berbanding terbalik dengan nilai frekuensi. Berikut grafik periode rolling tiap ketinggian muatan yang disajikan pada Gambar 14, 15, dan 16.
Gambar 14 Grafik periode rolling pada ketinggian muatan ¼ tp
1,075
Periode rolling (detik)
Oleng ke-
P11 P21
17
Gambar 15 Grafik periode rolling pada ketinggian muatan ½ tp
Gambar 16 Grafik periode rolling pada ketinggian muatan ¾ tp Gambar 14, 15, dan 16 menunjukkan nilai periode rolling tiap perlakuan dengan tinggi muatan yang sama. Pada gambar tersebut terlihat nilai periode rolling meningkat pada tiap bertambahnya tinggi muatan, garis dengan poin wajik menunjukkan perlakuan pada palka 1/3 dan pada garis dengan poin persegi menunjukkan perlakuan pada palka 1/2 . Pada Gambar 14 dan 15 terlihat nilai periode rolling pada palka 1/2 lebih tinggi dari pada palka 1/3 , sedangkan pada Gambar 16 terlihat nilai periode rolling palka 1/3 lebih tinggi dari pada 1/2 .
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Periode rolling (detik)
Oleng ke-
P12 P22
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Periode rolling (detik)
Oleng ke-
P13 P23
18
Pembahasan
Volume muatan cair pada palka dengan tinggi muatan yang bertambah akan berpengaruh terhadap berat muatan pada kapal. Volume muatan memiliki keterkaitan yang erat dengan berat. Sebagaimana yang dinyatakan oleh Hind (1982), apabila ketinggian permukaan muatan bertambah, berat muatan pun akan bertambah, sehingga akan menggeser pusat gaya berat ke atas. Berat pada kapal yang bertambah mengakibatkan tinggi ketenggelaman kapal semakin tinggi.
Stabilitas pada kapal dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor internal seperti tata letak barang atau muatan, bentuk ukuran kapal dan adanya kebocoran karena kandas atau tubrukan, ada pun faktor eksternal yaitu angin, ombak, arus serta badai. Pertambahan ketinggian muatan termasuk ke dalam faktor internal yang mempengaruhi stabilitas kapal karena mengakibatkan pergeseran titik berat kapal.
Pertambahan ketinggian muatan membuat permukaan kapal yang terendam air semakin besar yang dilihat dari draft kapal. Hal ini sesuai dengan pernyataan Novita et al. (2016), bahwa draft kapal akan bertambah apabila ketingian muatan cair di dalam palka bertambah. Bentuk permukaan cair pada ketiga macam ketinggian adalah sama, yaitu berbentuk persegi panjang. Perbedaan dari perlakuan dari ketinggian muatan cair di dalam palka adalah lebar dari permukaan muatan cair. Hal ini disebabkan bentuk palka adalah setengah silinder, dimana pada bentuk setengah silinder, semakin ke bawah memiliki lebar permukaan cair semakin kecil dengan panjang yang sama. Ilustrasi perbedaan lebar permukaan muatan cair pada palka disajikan pada Gambar 17.
Gambar 17 Ilustrasi tinggi permukaan cair pada palka
Lebar free surface pada ketiga macam tinggi muatan memiliki perbedaan.
Pada perlakuan tinggi muatan ¼ tinggi palka memiliki lebar free surface terkecil jika dibandingkan dengan perlakuan tinggi muatan ½ tinggi palka dan ¾ tinggi palka. Lebar free surface terbesar terdapat pada perlakuan tinggi muatan ¾ tinggi palka. Kondisi ini mengakibatkan jarak muatan free surface saat terjadi gerakan rolling berbeda. Dimana jarak luasan free surface pada gerakan rolling adalah sebesar lebar free surface. Pada ketinggian muatan ¼ tinggi palka muatan bergerak lebih leluasa karena lintasan bebas lebih luas dibandingkan ½ tinggi palka dan ¾ tinggi palka. Pergerakan muatan paling kecil ada pada ketinggian muatan ¾ tinggi palka hal ini dikarenakan lintasan permukaan yang kosong semakin kecil.
19 Pada muatan cair, posisi permukaan muatan cair yang rendah akan mengakibatkan luas permukaan palka di atas muatan cair semakin besar dan berdampak pada lintasan free surface semakin besar. Hal ini sesuai dengan yang dinyatakan oleh Novita et al. (2016), bahwa muatan cair apabila ditempatkan pada sebuah palka dan di dalam palka tersebut tidak terisi penuh oleh muatan cair, maka muatan cair akan memiliki free surface. Kondisi ini diperkirakan akan memberi efek free surface yang besar terhadap stabilitas kapal. Lintasan free surface yang luas dapat membuat muatan cair yang bergerak saat gerakan rolling lebih banyak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa ketinggian muatan cair yang besar memiliki kemungkinan menjaga stabilitas kapal lebih baik karena memiliki lintasan free surface yang kecil. Menurut Hind (1982), titik - titik penting dalam stabilitas kapal antara lain adalah titik berat (G), titik apung (B) dan titik metasenter (M). Ilustrasi titik-titk dalam stabilitas pada kapal disajikan pada Gambar 18.
Gambar 18 Ilustrasi titik dalam stabilitas kapal
Pada saat muatan ditambahkan ke dalam kapal akan terjadi pergeseran titik berat pada kapal ke atas. Semakin berat muatan yang ditambahkan pada palka maka semakin tinggi nilai KG. KG adalah jarak antara lunas kapal dengan titik berat, sementara jarak lunas kapal dengan titik metasenter disebut KM.
Selanjutnya Bhattacharyya (1978) menjelaskan bahwa pergeseran titik pusat gaya berat akan mempengaruhi pergerakan rolling yang terjadi. Keberadaan titik pusat gaya berat merupakan salah satu aspek penentu dalam stabilitas kapal. Posisi titik berat yang semakin besar dapat mempengaruhi stabilitas kapal bila posisi titik berat berada pada batas tertentu. Pada saat letak KG sangat tinggi mampu mengakibatkan kapal karam atau capsize hal ini disebabkan KM memiliki posisi yang lebih rendah dari KG.
Pada muatan cair dalam palka sebagai muatan utama kapal, muatan cair memiliki posisi yang cenderung aman karena palka berada di bawah lantai dek.
Selanjutnya Marjoni et al. (2010) mengemukakan bahwa semakin besar displacement, maka tinggi metasenter menurun dan nilai KG bertambah. Hal ini disebabkan sebuah beban muatan (gram) meningkatkan draft, maka titik berat akan meningkat dan tinggi metasenter menurun. Namun, dengan kondisi sejumlah muatan cair dalam palka tertentu, posisi KG masih berada di bawah KM sehingga kapal tetap dalam kondisi stabil. Muatan cair pada palka dengan letak titik berat
20
yang berada di bawah lantai dek berpengaruh kecil terhadap kualitas stabilitas kapal. Hal ini sesuai dengan yang dinyatakan oleh Hind (1982) bahwa beberapa syarat kestabilan suatu kapal, yaitu titik apung (B) sama dengan gaya berat kapal (W), titik B dan titik G berada dalam satu garis vertikal dan titik G berada di bawah titik M.
Salah satu faktor terjadi oleng pada kapal saat di permukaan air adalah jenis muatan utamanya. Pada kapal pengangkut ikan hidup memiliki muatan utama air.
Muatan cair memiliki free surface yang mengakibatkan gerakan oleng pada kapal.
Ramadhan et al. (2013) menyatakan sifat muatan cair adalah akan selalu berubah bentuk mengikuti bentuk wadah yang ditempatinya, sehingga titik berat muatan cair akan selalu bergeser. Palka dengan muatan cair pada kapal saat mengalami gerakan oleng akan membentur dinding permukaan. Lee et al. (2005) mendefinisikan sloshing sebagai fenomena saat free surface membentur dinding palka ketika kapal oleng. Gerakan rolling dengan muatan cair yang memiliki volume dan tinggi muatan berbeda mengakibatkan sudut oleng, frekuensi dan periode yang berbeda.
Ketinggian muatan cair yang semakin bertambah menghasilkan sudut oleng yang semakin kecil. Fenomena ini bisa terjadi disebabkan pada palka bermuatan cair lebih banyak memiliki lintasan free surface yang lebih terbatas, sehingga muatan cair yang bergerak mengikuti gerakan oleng kapal tidak mengalami sloshing yang sering. Sloshing pada kapal saat terjadi gerakan oleng dikarenakan adanya free surface pada palka yang bermuatan cair. Palka bermuatan cair yang tidak memiliki free surface adalah palka dengan muatan cair yang terisi hingga permukaan cair besentuhan dengan atap atau sisi atas palka. Hind (1982) menyatakan bahwa jika tidak ada perpindahan muatan cair, maka pengaruh muatan cair terhadap stabilitas kapal dianggap sama dengan muatan padat. Pada palka yang memiliki ketinggian muatan cair lebih rendah gerakan rolling menghasilkan sudut oleng yang lebih besar disebabkan lintasan free surface lebih luas dan sloshing sering terjadi. Muatan cair yang berpindah karena adanya free surface akan memberikan kekuatan kapal untuk oleng ke sisi sebaliknya. Hal ini sesuai dengan pernyataan Lewis (1988), bahwa apabila tangki dalam keaadan kosong atau penuh maka tidak ada efek yang terjadi dan efek yang buruk pada stabilitas kapal adalah pada saat terdapat permukaan kosong pada tangki.
Berdasarkan hasil uji statistik antara ukuran volume palka dan ketinggian muatan terhadap sudut oleng (Lampiran 3), diperoleh nilai F-hit lebih besar dibandingkan nilai F-tab. Hasil ini menunjukkan bahwa nilai sudut oleng yang dihasilkan tiap perlakuan memiliki perbedaan yang nyata. Perbedaan ini membuktikan bahwa volume palka dan tinggi muatan mempengaruhi besarnya nilai sudut oleng.
Frekuensi rolling menurut Bhattacharyya (1978) adalah banyaknya gerakan oleng kapal dalam satu satuan waktu. Frekuensi rolling diperoleh dari banyaknya gerakan rolling saat kapal oleng dibagi dengan waktu redam. Novita et al. (2010) mendefinisikan waktu redam sebagai lamanya waktu yang diperlukan sebuah kapal model untuk melakukan olah gerak dari awal pergerakan sampai kapal model berhenti atau tidak bergerak lagi. Frekuensi rolling semakin kecil dengan bertambahnya tinggi muatan hal ini dikarenakan jumlah gerakan dan waktu redam yang terjadi saat gerakan rolling terjadi semakin kecil pula. Frekuensi yang sedikit menunjukkan kualitas stabilitas kapal yang baik. Sehingga kapal dengan tinggi muatan cair yang besar memiliki frekuensi lebih kecil.
21 Berdasarkan hasil uji statitik antara ukuran volume palka dan ketinggian muatan terhadap frekuensi rolling (Lampiran 4), diperoleh nilai F-hit lebih besar dibandingkan nilai F-tab. Hasil ini menunjukkan bahwa nilai frekuensi rolling yang dihasilkan tiap perlakuan memiliki perbedaan yang nyata. Perbedaan ini membuktikan bahwa volume palka dan tinggi muatan mempengaruhi besarnya nilai frekuensi rolling.
Waktu yang dibutuhkan kapal untuk melakukan satu gerakan oleng dan kembali ke posisi awal disebut periode rolling. Periode rolling memiliki nilai yang berbanding terbalik dengan frekuensi rolling. Semakin tinggi permukaan muatan cair maka semakin besar periode rolling yang dihasilkan kapal. Novita et al. (2010) menjelaskan bahwa kapal yang memiliki free surface akan mempunyai nilai periode rolling lebih lama dibandingkan kapal yang tidak memiliki free surface. Kondisi ini terjadi karena kapal yang memiliki free surface. Pada saat free surface membentur sebuah benda, maka akan timbul sloshing. sehingga semakin besar tinggi muatan cair pada palka memiliki periode rolling yang lebih besar. Berdasarkan hasil uji statistik antara ukuran volume palka dan ketinggian muatan terhadap periode rolling (Lampiran 5), diperoleh nilai F-hit lebih besar dibandingkan nilai F-tab. Hasil ini menunjukkan bahwa nilai periode rolling yang dihasilkan tiap perlakuan memiliki perbedaan yang nyata. Perbedaan ini membuktikan bahwa volume palka dan tinggi muatan mempengaruhi besarnya nilai periode rolling.
Berdasarkan hasil kajian secara keseluruhan, menunjukkan bahwa ketinggian muatan cair dalam palka mempengaruhi stabilitas kapal. Penambahan muatan cair mampu mengurangi keolengan kapal dengan titik berat muatan cair dalam palka yang berada di bawah titik metasenter. Semakin kecil lintasan free surface dalam palka, maka akan semakin kecil pula efek free surface yang akan dihasilkan kapal saat gerakan oleng terjadi.