Page 1 of 6
Abstrak — Layar merupakan salah satu dari berbagai macam alat penggerak yang digunakan untuk menggerakkan kapal. Besarnya gaya dorong yang dihasilkan oleh layar sangat dipengaruhi oleh arah dan kecepatan angin. Di samping itu besarnya gaya dorong juga dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran layar. Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui bentuk layar yang memberikan kontribusi kecepatan paling optimal pada KM. Belitung, berdasarkan besarnya gaya dorong yang dihasilkan oleh layar. Ukuran layar pada penelitian ini mengacu pada penelitian sebelumnya, yaitu layar bentuk persegi dengan luas 252.109 m2. Dengan luas dan aspek rasio yang sama, layar divariasikan ke dalam bentuk trapesium dan segitiga. Analisis gaya dorong layar dilakukan dengan menggunakan simulasi CFD (Computational Fluid Dynamic). Untuk menghitung kontribusi daya dorong layar terhadap kecepatan kapal, maka dilakukan perhitungan hambatan kapal menggunakan metode Holtrop. Analisis gaya dorong layar dilakukan pada kecepatan angin 10 knot, arah angin terhadap layar (angle of attack, ) sebesar 10, 15, dan 18, serta arah angin relative terhadap kapal (apparent wind angle, ) sebesar 15, 30, 45, dan 60. Dari hasil analisis CFD didapatkan bahwa kontribusi terbesar layar terhadap kecepatan KM. Belitung adalah sebesar 0.8269 knot. Kontribusi tersebut di dapatkan dari layar dengan trapesium dengan posisi 18º terhadap arah angin (angle ofattack, α) serta kapal bergerak dengan arah 45º terhadap arah angin (apparent wind angle, β).
Kata Kunci—Layar, Gaya Dorong, KM. Belitung
I. PENDAHULUAN
Ketergantungan indonesia terhadap bahan bakar fosil masil sangat besar. Hal ini terlihat dari setiap aktivitas masyarakat indonesia sehari hari yang tidak terlepas dari pemakaian bahan bakar, baik untuk alat transportasi, industri, maupun kebutuhan rumah tangga. Penggunaan bahan bakar fosil ini menghasilkan emisi berupa gas kardondioksida (CO2) yang
memicu terjadinya pemanasan global.
Oleh karena itu, perlu adanya solusi yang lebih baik dan konkrit untuk mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil dan mengurangi emisi dari gas rumah kaca ke atmosfir. Salah satunya adalah mulai beralih pada sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Dalam dunia perkapalan, salah satu solusi untuk mengatasi masalah di atas adalah penggunaan layar yang memanfaatkan tenaga angin sebagai alat penggerak kapal.
Penelitian tentang penggunaan layar pernah dikembangkan diJepang pada tahun 1980an, saat terjadi krisis minyak, yaitu dengan mengembangkan konsep kapal motor yang dikombinasikan dengan penggunaan layar. Kapal Shin Aotoko Maru dan kapal Usuki Pioner adalah contoh kapal yang mengkombinasikan penggunaan mesin dan layar sebagai alat penggerak kapal.
Analisis pemasangan layar sebagai alat penggerak bantu pada kapal general cargo KM. Belitung sudah pernah dilakukan, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pemasangan layar terhadap kecepatan kapal. Dari penelitian tersebut, dapat diketahui bahwa dengan pemasangan layar pada KM. Belitung, akan menghasilkan kontribusi kecepatan yang bervariasi sesuai dengan ukuran dan posisi penempatan layar. Penelitian yang menggunakan bentuk layar persegi itu, menghasilkan kontribusi kecepatan terbesar 0.41 knot dengan ukuran luas layar 252.109 m2 (9.848m x 25.600 m) yang ditempatkan di top dek dengan variasi angle of attack α = 18o
dan arah kapal terhadap arah angin (apparent wind angle) β= 60o [1].
Paper ini akan menyajikan tentang bentuk layar yang memberikan kontribusi paling besar berdasarkan variasi bentuk yang mengacu pada ukuran dari layar persegi dari penelitian sebelumnya. Layar persegi akan divariasikan ke dalam bentuk trapesium dan segitiga dengan ukuran yang sama dengan layar persegi (252.109 m2). Analisis gaya dorong dari tiap bentuk layar akan disimulasikan dengan CFD.
II. TINJAUANPUSTAKA A. Konsep Hambatan dan Gaya Dorong
Hambatan kapal merupakan gaya hambat dari media fluida yang dilalui oleh kapal saat beroperasi dengan kecepatan tertentu. Besarnya gaya hambat total ini merupakan jumlah dari semua komponen gaya hambat (tahanan) yang bekerja dikapal, meliputi Tahanan Gesek, Tahanan Gelombang, Tahanan Appendages [2]. Secara sederhana Tahanan Total Kapal dapat diperoleh dengan persamaan, sebagai berikut;
(1)
W W R C k C S V W A F tot 1 2 1 RT 2Analisis Pengaruh Bentuk Layar terhadap
Kontribusi Kecepatan yang dihasilkan oleh KM.
Belitung dengan Simulasi CFD (Computational
Fluid Dynamics)
Tutut Cahya Putra, Murdijanto, Ahmad Nasirudin
Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember E-mail: [email protected]; [email protected]
Ga san Ta yan dib terj rea ph ter gay seb dim (th pri t = t = B. La diu aga eks ada lay • • • C. Pa ter yan me lan SL. kec Me aka kec lay De pad ang aki win tek tek gay lur cen aya Dorong ( ngat penting, ahanan (Resista ng sangat-san butuhkan mun rjadi dikapal. alistis, karena p enomena hid rhadap nilai b ya dorong ka bagai berikut: mana t adalah hrust deduction ismatic (Cp), y = 0,5× CP− 0,12 = 0,5× CP − 0,1 Layar ayar merupakan usahakan untu ar menghasilk sperimen yang a, menunjukka yar dipengaruh Tekanan di kecepatan d layar pada of incident (apparent w Bentuk dari kelengkung Jenis bahan bahan) Gaya Aerodi da gambar 1 rdiri dari dua ba ng tidak terke elewati winwa ngsung). Aliran . Kecepatan an cepatan angin enurut persama an mengurangi cepatan yang yar) pada layar engan analisa y
da wheater sid gin vw rendah
ibat dari peru nward side di kanan atmosfe kanan atmosfe ya FT yang m
rus arah angin ntre of effort (C
Thrust) kapal
yang mana
ance) atau Gay
ngat ideal, b ngkin sama be Namun kondi pada faktanya drodinamis ya besaran gaya d apal dapat ditu
h thrust dedu n factor) dip yang dirumuska 2 (3); untuk b 9 (4); untuk b n salah satu a uk menghasilka kan kecepatan g dilakukan m an bahwa gaya i oleh beberapa inamis yang m dan densitas u saat dioperasik t, α) dan ara wind angle, β) i layar yang di gan layar pada s
n layar yang d inamika Layar dapat dilihat agian, yaitu ali ena angin seca ard side (sisi
n yang melew ngin pada daer pada free stre aan Bernoulli b i tekanan statik besar terjadi p .
yang sama, pad de/windward s h dan tekanan ubahan energi idapatkan teka er dan tekana er. Tekanan in mempunyai ara dan berada pad CE). l merupakan digunakan u ya Hambat kap besarnya gay sar dengan ga isi tersebut sa di badan kapa ang menimbu dorong kapal. ulis seperti m (2) ction factor. pengaruhi oleh an sebagai beri baling-baling T baling-baling K alat propulsi p an gaya doron n kapal yang maupun dari te a dorong yang a faktor. Yaitu mana besarnya udara, luasan d kan terhadap a ah kapal terha desain, dan be saat beroperasi digunakan (kek bahwa aliran iran yang mele ara langsung) i yang terken ati lee side me rah ini (vL) leb
eam (aliran jau bahwa pertamb k (pL) pada lee pada daerah l da gambar 2 da side didapatkan n statik pw m kinetik. Oleh anan total lebi an pada lee s ni menghasilka ah ε terhadap da titik yang di komponen ya untuk mengat pal. Pada kond a dorong ya aya hambat ya angatsangat tid al tersebut terj ulkan degrad Sehingga un model persama Besarnya nila h nilai koefis ikut: Tunggal Kembar [3]. ada kapal. La ng yang optim maksimal. D eori – teori ya g dihasilkan o u: a tergantung d dari layar, po arah angin (an adap arah an esarnya chambe
i
kasaran dan be
di sekitar la ewati lee side ( dan aliran ya na angin sec engecil dari S bih besar daripa uh dari layar), bahan percepa e side. Perubah luff (ujung dep
apat dilihat bah n kecepatan lo meningkat seba karena itu pa ih besar daripa side kurang d an suatu resul garis yang teg inamakan deng ang tasi disi ang ang dak adi dasi ntuk aan, ai t sien ayar mal, Dari ang oleh dari sisi ngle ngin er / erat ayar sisi ang cara ke ada , v. atan han pan hwa ocal agai ada ada dari ltan gak gan Gamb Resulta dapat d (Driving kapal d lurus de Ketika usaha FR(Driv berlayar gaya ya FRdan F arah an wind fo diketahu diperole Gambar 1.
ar 2. (a) Total forc
an total gaya ae dijabarkan dal g Force) FR an gaya oleng engan arah driv
Gambar 3. Ga
kapal layar be yang dilakuk ving Force), ya r dan mengur ang tegak luru FHtergantung d ngin (apparent orce, L); dan ui bahwasanya eh dari total . Aliran fluida di s ce dan (b) Sirkulas erodinamis FT lam dua komp
yang bekerja (Heeling Forc vingforce
aya-gaya yang bek
ergerak melaw kan adalah u aitu gaya yang angi besarnya us dengan arah dari besarnya ar wind angle, β hambatan aero a gaya lift(L) gaya (FT) se sekitar layar [4].
si yang bekerja pad
yang dihasilka ponen, yaitu, searah dengan ce) FH yang b
kerja pada layar [4 wan dari arah untuk mempe g searah dengan a FH(Heeling F
h kapal berlaya rah kapal berla β); gaya sampi odinamis (drag
dan gaya drag eperti yang t da layar [4]. an oleh layar gaya gerak n arah gerak bekerja tegak 4]. angin, maka rbesar nilai n arah kapal Force), yaitu ar. Besarnya ayar terhadap ing/lift(cross g, D). Perlu g(D) sendiri erlihat pada
Page 3 of 6 Gambar 3. Untuk selanjutnya diharapkan gaya lift akan lebih
besar dari gaya drag. Besarnya FRdan FHdapat dirumuskan
sebagai berikut:
FR= L sin β – D cos β (5)
FH = L cos β + D Sin β (6)
Persamaan diatas dapat dituliskan dalam bentuk koefisien sebagai berikut:
CR= CLsin β – CDcos β (7)
CH = CLcos β + CDSin β (8)
Sedangkan untuk perhitungan koefisien Lift dan Drag, dapat dirumuskan sebagai berikut:
(9) dan (10) D. Konsep Kapal Layar Motor
Dahulu, layar merupakan alat penggerak utama kapal yang memanfaatkan tenaga angin. Namun, setelah dimulainya revolusi industri dengan ditemukannya mesin uap oleh James Watt, maka penggunaan layar mulai dikurangi. Penggunaan mesin uap dinilai lebih efektif karena tidak tergantung kepada angin. Dengan semakin berkembangnya teknologi, penemuan mesin diesel oleh Rudolf Diesel pada tahun 1892 juga merambah dunia perkapalan. Sampai sekarang penggunaan mesin berbahan bakar fosil ini masih banyak digunakan. Penggunaan mesin diesel semakin marak sampai terjadinya krisis minyak tahun 1970 dan 1980-an. Dengan adanya krisis ini, muncul kembali gagasan tentang penggunaan layar sebagai alat penggerak kapal.
Pada tahun 1980-an, penggunaan layar pada kapal sudah dilakukan. Kapal tersebut adalah kapal Shin Aitoku Maru dan Usuki Pioneer. Kapal Shin Aitoku Maru adalah kapal tanker yang memiliki panjang (lpp) 66 m dengan dua buah layar kaku berbentuk persegi yang luas totalnya 200 m2, Sedangkan kapal Usuki Pioner adalah kapal bulk carrier yang memiliki panjang (lpp) 152 m dengan dua buah layar kaku berbentuk persegi yang luas totalnya 640 m2[5].
Gambar 4. Kapal Shin Aotoko Maru [5].
Gambar 5. Kapal Usuki Pioner [5].
E. Stabilitas
Kapal dengan stabilitas baik adalah kapal yang telah memenuhi kriteria stabilitas yang telah ditentukan. Kriteria stabilitas utuh KM. Belitung dapat mengacu pada peraturan Code on intact stability for all types ships covered by IMO instruments: 2002 edition : resolution A. 749(18) as amended by resolution MSC. 75(69). Tujuan sebenarnya dari peraturan ini adalah untuk merekomendasikan kriteria stabilitas minimum dari sebuah kapal, sehingga dapat meminimalkan adanya resiko yang membahayakan bagi para awak kapal dan lingkungan sekitar. Dengan adanya penggunaan layar pada kapal, maka harus dihitung pula daya tahan terhadap angin dan rolling (kriteria cuaca) dengan kriteria tambahan sebagai berikut :
1. Sudut oleng pada kondisi steady wind tidak lebih besar dari 16° .
2. Perbandingan sudut oleng pada kondisi steady wind dengan sudut geladak tenggelam tidak lebih besar dari 80%.
3. Luas area “b” harus lebih besar dari area “a” (b ≥ a). [6].
Gambar 6. Kriteria cuaca (Intact Stability Code, 2002)
III. METODE A. Pengumpulan dan Pengolahan Data
Pengumpulan data yang menyangkut objek dari tugas akhir ini berdasarkan penelitian sebelumnya Data penelitian yang diambil meliputi data lines plan, rencana umum kapal, geometri layar KM Belitung, data hambatan, serta data layar. Dari data penelitian sebelumnya, didapatkan data ukuran utama kapal KM Belitung sebagai berikut: Loa = 55.25 m, Lwl = 51.00 m, B = 10.50 m, H = 6.15 m, T = 4.12 m, WSA = 749.526 m2, = 1606.00 ton.
Ukuran layar yang diambil sebagai acuan variasi adalah Layar bentuk persegi dengan ukuran sebagai berikut: Luas = 52.109 m2, Span = 25.6 m, Chord = 9.848 m, Chamber = 10% chord, AR = 2.6 S v L CL 2 2 1 S v D CD 2 2 1
B. Pembuatan Simulasi
Pada tahap ini dilakukan pembuatan model kapal KM. Belitung secara 3D. Pemodelan kapal KM. Belitung dilakukan dengan bantuan software AutoCAD (student version). Pemodelan dengan AutoCAD dimaksudkan untuk memudahkan dalam pembangunan geometri pada CFD, Setelah kapal dimodelkan, selanjutnya dalah melakukan perhitungan hambatan dan stabilitas terhadap model KM. Belitung. Perhitungan stabilitas dilakukan pada kondisi awal (sebelum dipasang layar). Langkah selanjutnya adalah memodelkan bentuk layar layar pada CFD dan melakukan simulasi untuk mendapatkan besarnya gaya dorong oleh tiap bentuk layar. Analisa besarnya gaya yang bekerja pada layar dapat dilakukan dengan memodelkan layar dan memasukkan kondisi batasnya. Hasil keluaran dari pemodelan CFD ini adalah besarnya gaya Lift dan Drag pada layar. Dalam pemodelan CFD ini, prosesnya dibagi dalam tiga tahap, yakni tahap pre-processor, flow solver, dan post-processor.
Gambar 7. Kondisi batas pada CFD
IV. HASILDANPEMBAHASAN A. Hasil Perhitungan Hambatan
Perhitungan hambatan dilakukan dengan bantuan perangkat lunak (software), Metode yang dipilih untuk menghitung hambatan adalah metode Holtrop. Perhitungan hambatan dilakukan pada beberapa variasi kecepatan.
Kecepatan RT (kN) EHP Kecepatan RT (kN) EHP
1 0.4 0.21 7 15.97 57.51 2 1.49 1.53 8 21.13 86.95 3 3.2 4.94 9 27.99 129.6 4 5.51 11.33 10 37.68 193.85 5 8.37 21.54 11 51.41 290.92 6 11.83 36.51 12 70.53 435.42
Tabel 1. Hasil perhitungan hambatan
B. Hasil Perhitungan Stabilitas Awal
Perhitungan stabilitas dilakukan dengan bantuan software. Stabilitas dihitung berdasarkan batasan IMO A.749 (18) for All Types of Ships. Ada 4 kondisi pemuatan kapal yang dihitung stabilitasnya.
1. Kapal pada kondisi berangkat dengan muatan penuh yang terdistribusi rata/homogen, dan consumable penuh
2. Kapal pada kondisi sampai ditujuan dengan muatan penuh yang terdistribusi rata/homogen dan consumable 10%
3. Kapal pada kondisi keberangkatan dengan ballast penuh, muatan kosong, dan consumable penuh
4. Kapal pada kondisi sampai ditujuan dengan ballast penuh, muatan kosong, dan consumable 10%
Hasil perhitungan stabilitas awal KM. Belitung dapat dilihat pada tabel 2 berikut ini:
1 2 3 4
1 Area 0 to 30 3.151 m.deg 7.977 6.894 15.18 14.42
2 Area 0 to 40 5.157 m.deg 13.93 12.32 27.29 25.69
3 Area 30 to 40 1.719 m.deg 5.952 5.429 12.12 11.27
4 M ax GZ at 30 or greater 0.2 m 0.614 0.56 1.416 1.311
5 Angle of maximum GZ 25 deg 40 39 49 48
6 Initial GM 0.15 m 0.9 0.735 1.787 1.703
Status Pass Pass Pass Pass
No Kriteria IM O Unit Kondisi
Tabel 2. Data stabilitas awal KM. Belitung
C. Hasil Simulasi CFD
Sebelum proses meshing dilakukan, langkah simulasi di awali dengan penentuan grid independence, yaitu suatu tahapan pada analisa CFD untuk mengetahui bahwa penambahan jumlah sel/elemen meshing tidak lagi mempengaruhi hasil akhir yang diharapkan. Langkah selanjutnya setelah diketahui grid independence adalah melakukan meshing, dilanjutkan ke tahap pre-processor untuk memasukkan kondisi batas, kemudian masuk ke tahap flow solver. Tahap selanjutnya adalah post-processor untuk melihat hasil dari simulasi. Hasil simulasi dapat dilihat pada tabel 3.
Gaya Lift (L) Gaya Drag (D)
(N) (N) 10 4843.01 811.318 15 5884.69 1305.63 18 6364.69 1660.73 10 3424.25 671.742 15 4396.38 1131.81 18 4903.12 1477.63 Variasi Layar Angle of Attack
Layar Trapesium
Layar Segitiga
Tabel 3. Nilai L (Lift) dan D (Drag) dari simulasi CFD
Dengan memasukkan nilai lift dan drag ke dalam persamaan (9) dan (10), maka akan didapatkan nilai koefisien lift dan drag. Nilai koefisien lift dan drag dapat dilihat pada tabel 4.
Variasi Layar Angle of Attack CL CD
10 1.2379 0.2074 15 1.5042 0.3337 18 1.6269 0.4245 10 0.8753 0.1717 15 1.1238 0.2893 18 1.2533 0.3777 Layar Trapesium Layar Segitiga
Tabel 4. Nilai CL dan CD layar persegi
D. Pembahasan
Data output dari simulasi atau pemodelan layar pada CFD adalah data – data gaya lift dan drag layar. Besarnya nilai gaya dorong (driving force) dan (heeling force) akibat gaya
Page 5 of 6 aerodinamis layar, dapat diketahui dengan memasukkan nilai
lift dan drag ke dalam persamaan (5) dan (6).
Variasi (α) (β) FR (N) FH (N) FR (kN) FH (kN) 15 469.79 4887.97 0.47 4.89 30 1718.88 4599.83 1.72 4.60 45 2850.84 3998.21 2.85 4.00 60 3788.51 3124.13 3.79 3.12 15 261.93 6022.10 0.26 6.02 30 1811.64 5749.11 1.81 5.75 45 3237.88 5084.32 3.24 5.08 60 4443.48 4073.05 4.44 4.07 15 43.16 6577.65 0.04 6.58 30 1744.11 6342.35 1.74 6.34 45 3326.20 5674.83 3.33 5.67 60 4681.62 4620.58 4.68 4.62 15 237.41 3481.43 0.24 3.48 30 1130.38 3301.36 1.13 3.30 45 1946.32 2896.30 1.95 2.90 60 2629.62 2293.87 2.63 2.29 15 44.62 4539.51 0.04 4.54 30 1218.01 4373.28 1.22 4.37 45 2308.40 3909.02 2.31 3.91 60 3241.47 3178.37 3.24 3.18 15 -158.26 5118.49 -0.16 5.12 30 1171.89 4985.04 1.17 4.99 45 2422.19 4511.87 2.42 4.51 60 3507.41 3731.23 3.51 3.73 Lay ar Trap esium 10 15 18 Lay ar Segitiga 10 15 18
Tabel 5. Nilai driving force dan heeling force
Dari tabel 5 diketahui bahwa gaya lift pada layar trapesium mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya sudut serang. Begitu pula dengan kenaikan gaya drag, semakin besar sudut serang maka gaya drag yang terjadi juga akan semakin besar. Layar dengan bentuk trapesium memiliki gaya drag paling besar jika dibandingkan dengan bentuk segitiga maupun persegi panjang. Hal ini terjadi dikarenakan dengan bertambahnya sudut serang maka daerah separasi aliran akan semakin besar yang mengakibatkan drag akan bertambah besar. Sedangkan untuk kondisi stall layar, dari data pemodelan CFD tersebut belum dapat diindikasikan. Oleh karena pemodelan sudut serang layar hanya berkisar 10˚, 15˚, 18˚. Di mana kondisi stall ini adalah dikarenakan kondisi layar yang membentuk sudut serang, akan timbul separasi aliran dari laminer menjadi turbulen. Dari adanya separasi aliran ini, pada harga sudut serang yang cukup besar terjadi penurunan yang tiba-tiba pada lift dan kenaikan yang besar dalam drag. Pada kondisi inilah layar mengalami apa yang dinamakan stall Akibat adanya gaya dorong kapal (driving force), maka hal ini akan menguntungkan dari segi kontribusi kecepatan kapal. Kecepatan kapal akan bertambah sesuai dengan tingkat kontribusi (driving force) layar terhadap kecepatan kapal. Langkah untuk menghitung kontribusi kecepatan adalah sebagai berikut:
1. Gaya Dorong (Thrust) KM. Belitung.
Besarnya gaya dorong kapal dapat dicari dengan menggunakan persamaan (2). Untuk mendapatkan nilai T berdasarkan persamaan (2), maka terlebih dahulu harus dicari nilai t (thrust deduction factor). Nilai t dicari dengan menggunakan persamaan (3) karena KM.
Belitung menggunakan baling-baling tunggal. Koefisien prismatic untuk KM. Belitung adalah 0.689, sehingga diperoleh nilai t untuk perhitungan thrust adalah
t = 0.5 x 0.689 – 0.12 = 0.22
Nilai T dicari untuk setiap besarnya nilai hambatan, mulai dari kecepatan 4 knot (2.06 m/s) hingga 12 knot (6.17 m/s).
2. Akibat adanya pemasangan layar, maka layar akan memberikan tambahan gaya dorong. Besarnya gaya dorong (driving force) ditambahkan dengan nilai gaya dorong kapal sehingga didapat nilai T + Fr
3. Dari nilai gaya dorong gabungan (T+Fr), maka dapat dicari besarnya nilai hambatan yang baru berdasarkan persamaan (2). Nilai hambatan yang baru (RT baru) = (T+ Fr) x (1 – t)
4. Selain memberikan kontribusi gaya dorong (driving force), pemasangan layar juga memberikan tambahan nilai hambatann dari gaya drag (heeling force). Sehingga besarnya nilai hambatan baru harus ditambah nilai heeling force (RT baru + Fh).
Besarnya nilai hambatan setelah dipasang layar, dapat dilihat pada tabel 6 dan tabel 7. Nilai hambatini selanjutnya dibandingkan dengan nilai hambatan kapal sebelum dipasang layar. v (m/s) =15 =30 =45 =60 =15 =30 =45 =60 =15 =30 =45 =60 2.06 10.76 11.44 11.72 11.57 11.74 12.66 13.11 13.03 12.12 13.20 13.76 13.76 2.57 13.62 14.30 14.58 14.43 14.60 15.52 15.97 15.89 14.98 16.06 16.62 16.62 3.09 17.08 17.76 18.04 17.89 18.06 18.98 19.43 19.35 18.44 19.52 20.08 20.08 3.60 21.22 21.90 22.18 22.03 22.20 23.12 23.57 23.49 22.58 23.66 24.22 24.22 4.12 26.38 27.06 27.34 27.19 27.36 28.28 28.73 28.65 27.74 28.82 29.38 29.38 4.63 33.24 33.92 34.20 34.05 34.22 35.14 35.59 35.51 34.60 35.68 36.24 36.24 5.14 42.93 43.61 43.89 43.74 43.91 44.83 45.28 45.20 44.29 45.37 45.93 45.93 5.66 56.66 57.34 57.62 57.47 57.64 58.56 59.01 58.93 58.02 59.10 59.66 59.66 6.17 75.78 76.46 76.74 76.59 76.76 77.68 78.13 78.05 77.14 78.22 78.78 78.78
Rekapitulasi nilai hambatan setelah dipasang layar trapesium
a = 10° a = 15° a = 18°
Tabel 6. Nilai hambatan total setelah dipasang layar trapesium
v (m/s) =15 =30 =45 =60 =15 =30 =45 =60 =15 =30 =45 =60 2.06 9.18 9.69 9.92 9.84 10.08 10.83 11.21 11.20 10.51 11.40 11.90 11.96 2.57 12.04 12.55 12.78 12.70 12.94 13.69 14.07 14.06 13.37 14.26 14.76 14.82 3.09 15.50 16.01 16.24 16.16 16.40 17.15 17.53 17.52 16.83 17.72 18.22 18.28 3.60 19.64 20.15 20.38 20.30 20.54 21.29 21.67 21.66 20.97 21.86 22.36 22.42 4.12 24.80 25.31 25.54 25.46 25.70 26.45 26.83 26.82 26.13 27.02 27.52 27.58 4.63 31.66 32.17 32.40 32.32 32.56 33.31 33.69 33.68 32.99 33.88 34.38 34.44 5.14 41.35 41.86 42.09 42.01 42.25 43.00 43.38 43.37 42.68 43.57 44.07 44.13 5.66 55.08 55.59 55.82 55.74 55.98 56.73 57.11 57.10 56.41 57.30 57.80 57.86 6.17 74.20 74.71 74.94 74.86 75.10 75.85 76.23 76.22 75.53 76.42 76.92 76.98
Rekapitulasi nilai hambatan setelah dipasang layar segitiga
a = 10° a = 15° a = 18°
Tabel 7. Nilai hambatan total setelah dipasang layar segitiga
Untuk mengetahui tingkat kontribusi layar terhadap kecepatan kapal, yakni dengan membandingkan besarnya nilai hambatan pada saat kecepatan dinas kapal. Dan besarnya gap tersebut merupakan kontribusi kecepatan dari layar. Besarnya kontribusi kecepatan yang dihasilkan akibat pemasangan layar dapat dilihat pada tabel 8.
Tabel 8. Kontribusi kecepatan layar pada kecepatan dinas kapal (10 knot)
Gambar 8 Grafik kontribusi kecepatan layar pada kecepatan dinas kapal (10 knot)
Akibat adanya pemasangan layar sebagai alat penggerak bantu kapal, perhitungan teknis terhadap stabilitas kapal perlu dilakukan kembali. Dengan adanya penambahan layar, maka akan terjadi perubahan berat dan titik berat kapal. Sebagai kompensasi dengan adanya layar, kapal akan mendapatkan gaya tambahan. Yakni gaya aerodinamis yang bekerja melintang kapal (heeling force). Kriteria stabilitas utuh KM. Belitung dapat mengacu pada peraturan Code on Intact Stability for All Types of Ships covered by IMO Instruments, IMO Res. A.749(18), as amended by MSC.75(69). Hasil perhitungan stabilitas kapal setelah dipasang layar dapat dilihat pada tabel 9 untuk layar bentuk trapesium dan tabel 10 untuk layar bentuk segitiga.
1 2 3 4
1 Area 0 to 30 3.151 m.deg 7.827 6.736 14.92 14.14
2 Area 0 to 40 5.157 m.deg 13.66 12.04 26.85 25.21
3 Area 30 to 40 1.719 m.deg 5.834 5.307 11.93 11.07
4 M ax GZ at 30 or greater 0.2 m 0.601 0.547 1.391 1.284
5 Angle of maximum GZ 25 deg 39 39 48 48
6 Initial GM 0.15 m 0.88 0.715 1.753 1.666
7 Angle of steady heel 16 deg 14.2 14.8 12.7 14.2
8
Angle of steady heel / Deck
edge immersion 80 % 65.46 69.55 36.24 40.23
9 Area1 / Area2 100 % 135.7 124.1 169.9 132.3
Status Pass Pass Pass Pass
No Kriteria IM O Unit Kondisi
Tabel 9. Kriteria stabilitas kapal KM Belitung dengan layar trapezium
1 2 3 4
1 Area 0 to 30 3.151 m.deg 7.877 6.789 15 14.23
2 Area 0 to 40 5.157 m.deg 13.75 12.14 26.99 25.36
3 Area 30 to 40 1.719 m.deg 5.873 5.347 11.99 11.13
4 M ax GZ at 30 or greater 0.2 m 0.605 0.551 1.399 1.293
5 Angle of maximum GZ 25 deg 40 39 49 48
6 Initial GM 0.15 m 0.887 0.721 1.764 1.678
7 Angle of steady heel 16 deg 12.6 15.4 11.3 12.7
8
Angle of steady heel / Deck
edge immersion 80 % 58.09 70.72 32.16 35.8
9 Area1 / Area2 100 % 186.3 138.8 208.3 170.8
Status Pass Pass Pass Pass
No Kriteria IM O Unit Kondisi
Tabel 10. Kriteria stabilitas kapal KM Belitung dengan layar segitiga
Dari tabel 9 dan 10, terlihat bahwa stabilitas kapal dengan layar trapesium dan segitiga memenuhi semua batasan yang disyaratkan oleh peraturan IMO. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa dengan adanya pemasangan layar, kapal masih tetap mempunyai stabilitas yang bagus.
V. KESIMPULAN
Dari hasil pembahasan, dapat disimpulkan bahwa dengan adanya pemasangan layar sebagai alat penggerak bantu pada kapal general cargo KM Belitung, maka akan didapatkan besarnya kontribusi kecepatan dari layar sebesar 0.8269 knot pada saat kecepatan kapal 10 knot (kecepatan dinas) dan kecepatan angin 10 knot.
Kontribusi kecepatan paling optimal dihasilkan oleh layar dengan bentuk trapesium dengan variasi angle of attack () 18o dan apparent wind angle (β) 45 o
UCAPANTERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada: bapak Ir. Murdijanto, M.Eng. dan bapak Ahmad Nasirudin, ST., MT., selaku dosen pembimbing, kedua orang tua atas dukungan moril dan materiil, serta semua pihak yang telah membantu dalam penelitian ini.
DAFTARPUSTAKA
[1] Syariful A,A (2010),Tugas Akhir, Analisa Teknis Pemasangan Layar Sebagai Alat Penggerak Bantu Pada Kapal General Cargo KM. Belitung, ITS, Surabaya.
[2] Lewis Edward V, 1988. “Principle of Naval Architecture”, second revision, vol I. Stability and Strength. The society of Naval Architecture and marine Engineering, 601, Pavonia Avenue, Jersey city, NJ [3] Adji, S.w. (2005). Engine Propeller Matching, ITS Surabaya.
[4] C. A. Marchaj (1982), Sailing Theory and Practice, New York, United State.
[5] Fujiwara, dkk (2003), National Maritime Research Institute, On Aerodynamic Characteristics of a Hybrid Sail with Square Soft Sail, Tokyo.
[6] Code on Intact Stability for All Types of Ships covered by IMO Instruments, IMO Res. A.749(18), as amended by MSC.75(69), London, IMO 2002. β=15 β=30 β=45 β=60 10 0.497 0.568 0.598 0.582 15 0.608 0.701 0.751 0.742 18 0.650 0.762 0.8269 0.8266 10 0.337 0.388 0.410 0.403 15 0.428 0.503 0.543 0.543 18 0.470 0.564 0.617 0.624 10 0.511 0.586 0.618 0.603 15 0.550 0.635 0.682 0.677 18 0.554 0.660 0.718 0.721 Layar Persegi
Bentuk Layar Angle of attack Kontribusi kecepatan ( Knot )
Layar Trapesium
