Tahanan gerak perahu adalah gaya fluida yang bekerja pada perahu sedemikian rupa sehingga melawan gerakan perahu saat melaju. Tahanan tersebut sama dengan komponen gaya fluida yang bekerja sejajar dengan sumbu perahu. Dalam hal ini resistance merupakan istilah yang umum digunakan. Tahanan ini terjadi karena adanya persinggungan antara fluida (air) dengan permukaan perahu. Pengambilan data tahanan gerak perahu dilakukan pada kolam air tenang. Ukuran kolam yang digunakan memiliki panjang 20 meter dan lebar 10 meter. Kedalaman air kolam sewaktu pengambilan data tahanan gerak 1,5 meter. Model perahu
diberi perlakuan berupa penarikan dengan mengkaitkan haluan menggunakan benang nylon yang terhubungkan dengan dinamo penggulung. Dinamo penggulung tersebut memiliki inverter, yaitu alat yang dapat mengatur frekuensi putaran penggulung sehingga kecepatan penarikan model dapat berjalan dengan konstan. Model perahu tersebut ditarik sejajar panjang kolam dan letak benang
nylon yang terhubung dengan dinamo penggulung penarik berada di sekitar setengah lebar kolam. Data tahanan gerak diperoleh pada saat model perahu diberi perlakuan dan pengukurannya menggunakan peralatan berupa neraca pegas. Neraca pegas tersebut dikaitkan dengan katrol yang telah terhubung oleh benang
nylon sehingga terhubung dengan dinamo penggulung dan haluan model perahu yang diberi perlakuan. Reaksi dari pergerakan model perahu yang mendapat gaya dari fluida yang berlawanan akan mengakibatkan pergerakan skala dari neraca.
Besarnya gaya yang terbaca pada neraca merupakan 2 kali lipat dari gaya yang bekerja pada model perahu. Artinya data tahanan gerak model perahu merupakan ½ nilai besarnya gaya yang terbaca dalam neraca. Prinsip tersebut digunakan karena dalam penelitian ini menggunakan katrol tetap untuk mengkaitkan neraca pegas. Fungsi katrol tersebut unutk mengubah arah gaya sesuai dengan kebutuhan penelitian. Dalam percobaan ini dilakukan 3 jenis perlakuan penarikan model perahu dengan frekuensi dinamo penggulung yaitu 10 Hz, 20 Hz dan 30 Hz dan diameter penggulung pada dinamo sebesar 6 cm. Setiap perlakuan dilakukan 10 kali ulangan untuk pengambilan data rataan kecepatan linier model perahu dan besarnya gaya yang terbaca dalam neraca pegas.
Penentuan kecepatan linier model perahu dapat menggunakan rumus :
V = S/t ……….. (15)
Keterangan :
V = kecepatan linier (m/s) S = jarak tempuh (meter) t = waktu tempuh (sekon)
Kecepatan linier model perahu dapat ditentukan setelah jarak tempuh dan waktu tempuh diketahui. Dalam penelitian ini jarak tempuh yang digunakan adalah 10 m, kemudian dilakukan pengamatan terhadap waktu tempuh. Tahap
awal yang dilakukan dalam pengambilan data tahanan gerak adalah memposisikan model perahu pada tepi akhir kolam. Pada saat dilakukan penarikan, model perahu tidak bergerak lurus (serong), hal ini terjadai karena model perahu memiliki list. Untuk menghindari hal tersebut maka diberi perlakuan yaitu dengan memasang benang nylon sebagai pembatas agar model perahu dapat bergerak lurus. Benang
nylon tersebut dipasang sejajar dengan panjang kolam dan berada di atas garis air sehingga dapat menahan badan perahu yang tidak bergerak lurus (serong). Dalam penelitian diasumsikan bahwa gesekan benang nylon terhadap badan perahu diabaikan.
Hasil perhitungan data tahanan gerak pada model perahu disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Di bawah ini merupakan hasil perhitungan data tahanan gerak model perahu katir.
Tabel 8 Hasil perhitungan data tahanan gerak model katir Palabuhanratu
jarak = 10 m 10 Hz 20 Hz 30 Hz ulangan RTM (N) waktu (s) kec (m/s) RTM (N) waktu (s) kec (m/s) RTM (N) waktu (s) kec (m/s) 1 0,0650 23,3400 0,4284 0,0750 19,2200 0,5203 0,1250 13,7300 0,7283 2 0,0500 24,8300 0,4027 0,0800 18,4300 0,5426 0,1300 14,4800 0,6906 3 0,0500 25,2400 0,3962 0,0850 18,1000 0,5525 0,1350 13,8600 0,7215 4 0,0550 23,7800 0,4205 0,0900 18,3700 0,5444 0,1400 14,5900 0,6854 5 0,0600 23,3700 0,4279 0,0950 18,9300 0,5283 0,1450 14,2800 0,7003 6 0,0500 25,6200 0,3903 0,0900 18,5700 0,5385 0,1350 13,8700 0,7210 7 0,0600 24,5600 0,4072 0,0900 19,4100 0,5152 0,1350 14,6000 0,6849 8 0,0550 24,6800 0,4052 0,1000 17,8800 0,5593 0,1400 13,5100 0,7402 9 0,0600 24,2000 0,4132 0,0800 18,4300 0,5426 0,1450 14,8300 0,6743 10 0,0600 24,8100 0,4031 0,0850 18,2400 0,5482 0,1500 13,4700 0,7424 Rata-rata 0,0565 24,4430 0,4091 0,0870 18,5580 0,5392 0,1380 14,1220 0,7089
Data pada Tabel 8 menunjukkan bahwa kecepatan model perahu mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap besarnya tahanan gerak model perahu. Pada frekuensi dinamo penggulung sebesar 10 Hz, maka kecepatan linier rata-rata model perahu (VM) adalah sebesar 0,4091 m/s dan tahanan gerak model perahu (RTM) sebesar 0,0565Newton. Pada frekuensi dinamo penggulung sebesar 20 Hz, maka kecepatan linier rata-rata model perahu (VM) adalah sebesar 0,5392 m/s dan tahanan gerak model (RTM) perahu sebesar 0,0870 Newton. Pada frekuensi dinamo penggulung sebesar 30 Hz, maka kecepatan linier rata-rata
model perahu (VM) adalah sebesar 0,7089 m/s dan tahanan gerak model perahu (RTM) sebesar 0,1380Newton. Untuk memudahkan dalam pendeskripsian angka pada tabel maka data tersebut disajikan dalam bentuk grafik. Di bawah ini merupakan grafik hubungan antara kecepatan linier dengan tahanan gerak model perahu.
Gambar 14 Grafik hubungan kecepatan linier dengan tahanan gerak pada model perahu
Grafik pada Gambar 14 menujukkan bahwa pengaruh kecepatan terhadap tahanan geraknya berbanding lurus artinya semakin tinggi kecepatan linier model perahu maka tahanan gerak model (RTM) semakin tinggi juga. Hubungan kecepatan linier model dengan tahanan geraknya membentuk suatu persamaan regresi linier y = 0,269x – 0,055 dengan koefisien korelasi sebesar 0,97 yang menunjukkan hubungan antara kecepatan linier dengan tahanan gerak pada tiga tingkat kecepatan sangat erat. Sedangkan koefisien determinasi sebesar 0,95 artinya model dugaan tesebut dapat menjelaskan model observasi sebesar 95%.
Dalam penelitian ini juga digunakan metode Froude sebagai perhitungan estimasi tahanan gerak. Froude menganggap bahwa tahanan suatu perahu/model dapat dipisahkan ke dalam 2 bagian :
1) Tahanan gesek, yaitu merupakan resultan dari gaya viskositas dan gaya inersia yang bekerja pada perahu
2) Tahanan sisa, merupakan resultan dari gaya gravitasi dan gaya inersia yang bekerja pada perahu.
Maka rumus umum yang digunakan dalam metode Froude adalah sebagai berikut :
RTM = RFM + RRM ………. (16)
Keterangan
RTM = tahanan total model (Newton) RFM = tahanan gesek model (Newton) RRM = tahanan sisa model (Newton)
Rumus tahanan gesek menurut Froude adalah sebagai berikut :
……… (17)
Keterangan :
= tahanan gesek (Newton)
γ = massa jenis air (kg/m3)
λt = koefisien tahanan gesek S = luas permukaan basah (m2) V = kecepatan perahu (m/s)
Le Besnerais menyatakan koefisien tahanan gesek (λ) pada suhu 15◦ celsius dalam rumus sebagai berikut :
……… (18)
Keterangan :
L = panjang model atau perahu (m)
Jika koefisien gesekan tersebut akan dipakai untuk suhu selain 15◦ celsius maka rumus yang digunakan sebagai berikut :
λt = λ (1+0,0043∆t) ∆t = 15◦ C – t (harga negatif jika t>15◦C).
Dengan diketahuinya parameter kecepatan linier model perahu (VM) dan luas permukaan basah badan model perahu (wetted surface area) maka tahanan gesek model perahu (RFM) dapat ditentukan. Pada perameter massa jenis fludia yang digunakan dalam penentuan tahanan gesek model perahu (RFM) adalah massa jenis air tawar pada suhu 20° Celsius. Dalam pengambilan data tahanan gerak model perahu, frekuensi dinamo penggulung diatur agar memiliki kecepatan
yang stabil. Hal tersebut dilakukan supaya kecepatan linier model tidak terlalu ekstrim (cepat) sehingga luas permukaan badan model perahu (wetted surface area) tidak berubah. Hasil perhitungan digunakan untuk perbandingan dengan tahanan gerak model perahu (RTM) yang didapat melalui percobaan eksperimental dan juga berfungsi untuk menentukan besarnya tahanan sisa model (RRM).
Hasil perhitungan tahanan gesek pada model perahu katir dalam penelitian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Di bawah ini merupakan tabel hasil perhitungan tahanan gesek dengan menggunakan metode Froude dan grafiknya. Tabel 9 Hasil perhitungan tahanan gesek model perahu dengan
menggunakan metode Froude
10 Hz 20 Hz 30 Hz
ulangan kec (m/s) RFM (newton) kec (m/s) RFM (newton) kec (m/s) RFM (newton)
1 0,4284 0,0298 0,5203 0,0425 0,7283 0,0786 2 0,4027 0,0267 0,5426 0,0459 0,6906 0,0713 3 0,3962 0,0259 0,5525 0,0475 0,7215 0,0773 4 0,4205 0,0288 0,5444 0,0462 0,6854 0,0704 5 0,4279 0,0298 0,5283 0,0437 0,7003 0,0732 6 0,3903 0,0252 0,5385 0,0453 0,721 0,0772 7 0,4072 0,0272 0,5152 0,0418 0,6849 0,0703 8 0,4052 0,0270 0,5593 0,0485 0,7402 0,0810 9 0,4132 0,0279 0,5426 0,0459 0,6743 0,0683 10 0,4031 0,0267 0,5482 0,0468 0,7424 0,0814 rata-rata 0,4095 0,0275 0,5392 0,0454 0,7089 0,0749
Gambar 15 Grafik perbandingan antara tahanan gerak model perahu dengan tahanan gesek model perahu yang diestimasi
Dari Gambar 15 menunjukkan bahwa besarnya tahanan gerak model perahu yang dilakukan secara eksperimental masih sesuai dengan perhitungan estimasi menurut metode Froude. Hal ini dikarenakan besarnya tahanan gerak model (RTM) perahu lebih besar dibandingkan dengan tahanan gesek model (RFM) sehingga sesuai menurut teori. Setelah mengetahui besarnya nilai tahanan gerak model (RTM) dan nilai tahanan gesek maka tahanan sisa model (RRM) dapat diketahui. Seluruh data jenis data tahanan pada model perahu akan digunakan untuk mengestimasi besarnya tahanan yang terjadi pada perahu ukuran sebenarnya.
Dalam metode Froude digunakan beberapa ketentuan. Menurut Froude tahanan sisa tidak tergantung tahanan gesek maka percobaan model dapat dilakukan dengan mengikuti hukum Froude untuk model perahu. Dalam memakai model ikonik, hasil yang diperoleh dapat dikonversi dari skala model ke skala penuh (ukuran perahu sebenarnya). Dengan demikian maka harus dinyatakan beberapa hukum perbandingan untuk keperluan konversi tersebut. Jika gaya spesifik bekerja pada model harus mirip dengan yang bekerja pada obyek yang berskala penuh.
Data hasil perhitungan dan pengukuran pada model perahu katir dapat digunakan untuk mengestimasi gaya yang terjadi pada perahu katir sebenarnya. Tahapan awal untuk dapat mengestimasi gaya yang terjadi pada perahu katir
sebenarnya adalah menentukan angka Froude yaitu dengan membandingkan kecepatan model dengan akar kuadrat ukuran liniernya (panjang model). Angka Froude merupakan syarat agar model perahu tersebut memiliki kesamaan geometris dan kinematis dengan perahu sebenarnya. Nilai angka Froude pada model perahu tersebut akan digunakan untuk mengestimasi kecepatan pada perahu sebenarnya (VS). Setelah data kecepatan perahu sebenarnya (VS) diketahui maka tahanan gesek perahu (RFS) juga dapat dihitung. Pada perhitungan tahanan gesek perahu digunakan data ukuran luas permukaan basah badan perahu (wetted surface area) yang telah dikonversi ke ukuran yang sebenarnya, serta ukuran massa jenis air laut pada suhu 20º Celsius. Tahap selanjutnya adalah menentukan tahanan sisa perahu (RRS) dengan menggunakan data tahanan sisa model (RRM). Nilai ukuran tahanan gesek perahu dan tahanan sisa perahu digunakan untuk menentukan tahanan gerak perahu (RTS).
Tabel 10 Hasil perhitungan metode konversi Froude VM(m/s) VS(m/s) RTS (N) RFS (N) RRS (N) 0,4284 1,3549 61,1650 25,0582 36,1068 0,4027 1,2736 46,3565 22,3822 23,9743 0,3962 1,2529 46,4984 21,7231 24,7753 0,4205 1,3298 51,0793 24,2185 26,8608 0,4279 1,3531 56,0369 24,9996 31,0373 0,3903 1,2343 46,6317 21,1387 25,4930 0,4072 1,2876 56,5163 22,8333 33,6830 0,4052 1,2813 51,4292 22,6311 28,7982 0,4132 1,3067 56,3842 23,4570 32,9273 0,4031 1,2746 56,6093 22,4151 34,1942 0,5203 1,6453 69,0475 35,7178 33,3297 0,5426 1,7158 73,5479 38,5612 34,9867 0,5525 1,7471 78,3929 39,8539 38,5390 0,5444 1,7214 83,7617 38,7914 44,9703 0,5283 1,6705 89,3577 36,7227 52,6350 0,5385 1,7029 83,9370 38,0323 45,9047 0,5152 1,6292 84,5947 35,0823 49,5124 0,5593 1,7686 93,5961 40,7534 52,8427 0,5426 1,7158 73,5479 38,5612 34,9867 0,5482 1,7337 78,5267 39,2974 39,2292 0,7283 2,3032 113,6457 65,9912 47,6545 0,6906 2,1839 120,1380 59,8869 60,2510 0,7215 2,2816 124,1600 64,8659 59,2941 0,6854 2,1674 130,5895 59,0655 71,5240 0,7003 2,2145 135,1932 61,4265 73,7667 0,7210 2,2799 124,1750 64,7806 59,3944 0,6849 2,1659 125,4771 58,9917 66,4854 0,7402 2,3407 128,6012 67,9655 60,6357 0,6743 2,1324 136,1125 57,3327 78,7799 0,7424 2,3476 138,7880 68,3343 70,4537
Hasil perhitungan data dari Tabel 10 dapat menjelaskan bahwa pada kecepatan linier rata-rata model perahu sebesar 0,4091 m/s sebanding dengan kecepatan linier rata-rata pada perahu sebenarnya sebesar 1,2949 m/s. Begitu pula pada kecepatan linier rata-rata model perahu sebesar 0,5392 m/s dan 0,7089 m/s maka akan sebanding dengan kecepatan linier rata-rata pada perahu sebenarnya sebesar 1,7050 m/s dan 2,2417 m/s. Dari data tersebut juga dapat dihitung besarnya tahanan total (RTS) rata-rata maupun tahanan gesek (RFS) rata-rata pada setiap kecepatan linier rata-rata perahu sebenarnya. Besarnya tahanan total (RTS) rata-rata dan tahanan gesek (RFS) rata-rata pada kecepatan linier rata-rata pada perahu sebenarnya sebesar 1,2949 m/s yaitu 47,8108 Newton dan 18,0258 Newton. Pada kecepatan linier rata-rata pada perahu sebenarnya sebesar 1,7050 m/s maka nilai tahanan total (RTS) rata-rata dan tahanan gesek (RFS) yaitu 72,4722 Newton dan 29,7785 Newton. Sedangkan pada kecepatan linier rata-rata pada perahu sebenarnya sebesar 2,2417 m/s maka nilai tahanan total (RTS) rata-rata dan tahanan gesek (RFS) yaitu 113,9096 Newton dan 49,0857 Newton. Di bawah ini merupakan grafik perbandingan antara tahanan gerak pada perahu dengan tahanan gesek perahu yang diestimasi hasil metode konversi Froude.
Gambar 16 Grafik perbandingan antara tahanan gerak perahu dengan tahanan gesek perahu diestimasi metode konversi Froude
Pada Gambar 16 menjelaskan bahwa bentuk grafik yang dihasilkan oleh metode konversi Froude memiliki bentuk yang sama terhadap grafik perbandingan
sebelumnya (Gambar 15) hanya nilai besarannya saja yang berubah. Hal ini terjadi karena kedua grafik memiliki nilai Fn (angka Froude) yang sama. Dengan
adanya kesamaan kesamaan geometris dan kinematis serta harga angka Foroude yang sama, maka gaya yang manapun yang diukur pada model dapat dikonversikan ke gaya yang bersangkutan pada skala penuh memakai skala gaya. Di bawah ini merupakan sketsa metode konversi Froude untuk membandingkan hasil penelitian uji tahanan gerak model perahu katir Palabuhanratu.
R
MODEL RASIO SKALA λ TAHANAN TOTAL HASIL EKSPERIMEN RTM TAHANAN GESEK HASIL PERHITUNGAN RFM TAHANAN SISA RRMV = VM
S
λ
-1/2
R
MODEL RASIO SKALA λ TAHANAN TOTAL HASIL EKSPERIMEN RTM TAHANAN GESEK HASIL PERHITUNGAN RFM TAHANAN SISA RV = VM
S
λ
-1/2
R
PERAHU TAHANAN GESEK HASIL PERHITUNGAN RFS TAHANAN SISA HASIL KONVERSI RRS = RRMVS
R
TAHANAN GESEK HASIL PERHITUNGAN R TAHANAN SISA λρλL3 TAHANAN TOTAL RTSGambar 17 Sketsa metode konversi menurut Froude
5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1) Pada kecepatan dinamo sebesar 10 Hz, maka kecepatan linier rata-rata model perahu (VM) adalah sebesar 0,4091 m/s dan tahanan gerak model perahu (RTM) sebesar 0,0565 Newton. Pada kecepatan dinamo sebesar 20 Hz, maka kecepatan linier rata-rata model perahu (VM) adalah sebesar 0,5392 m/s dan tahanan gerak model perahu (RTM) sebesar 0,0870 Newton. Pada kecepatan dinamo sebesar 30 Hz, maka kecepatan linier rata-rata model perahu (VM) adalah sebesar 0,7089 m/s dan tahanan gerak model perahu (RTM) sebesar 0,1380 Newton.
2) Nilai tahanan gerak model perahu berbanding lurus dengan kecepatannya artinya semakin tinggi kecepatan linier model perahu (VM) maka tahanan gerak model (RTM) semakin tinggi juga. Hubungan kecepatan linier dengan tahanan gerak membentuk hubungan yang linier dengan persamaan y = 0,269x – 0,055 dengan koefisien korelasi 0,97 yang menunjukkan hubungan antara kecepatan linier dengan tahanan gerak pada tiga tingkat kecepatan sangat erat.