ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN FIN STABILIZER TERHADAP GERAKAN ROLLING DAN MOTION SICKNESS INCIDENCE (MSI)
PADA KM. SABUK NUSANTARA 71.
Ahmad Muhajir
1*, Muhammad Muhadi Eko Prayitno
2, Adi Wirawan Husodo
3Program Studi D4 Teknik Permesinan Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia1*
Program Studi D4 Teknik Perpipaan, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia2
Program Studi D4 Teknik Perpipaan, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia3
*E-mail : [email protected]
Abstrack - Movement of a boat that oscillates or fluctuates in the high seas caused by large and continuous waves can cause symptoms such as headaches, nausea and even vomiting which are often termed as sea sickness or motion sickness. This can be reduced by making some modifications such as adding fin stabilizer. Comfort for passengers is seen from the index of the number of passengers who experience seasickness in certain periods with reference to the ISO-2631/1997 standard. These additions are made using Maxsurf Motion and Maxsurf Modeller software. In this study also used two variations of Fin placement, namely the Engine Room and the Midship. With variations in the direction of the waves that are 45 deg, 90 deg, and 180 deg then simulated Roll, Pitch, and Heaven. From the simulation results it was found that the placement of Fin Stabilizer on Midship had an impact with the lowest RMS acquisition and the comfort level was also the highest compared to without fin or when fin was placed in the Engine Room.
Keywords: Roll, Pitch, Heave, MSI, dan RAO
Nomenclature
Derajat waktu langkah putaran
Kecepatan sudut U Kecepatan aliran fluida As Luas permukaan turbin D Diameter turbin H Tinggi turbin
Massa jenis P Daya turbin Cp Koefisien performa Ct Koefisien Torsi TSR Tip speed ratio
1. PENDAHULUAN
Belakangan ini desain perencanaan kapal telah berkembang dengan pesat untuk menciptakan kapal yang lebih baik dan optimal, selain dari segi ekonomis dan performa, desain kapal juga harus mempertimbangkan kenyamanan penumpang dan keselamatan kapal pada saat berlayar di dalam jalur tertentu yang tentunya melewati berbagai macam ombak atau gelombang yang ada, kenyamanan penumpang dan keselamatan kapal dapat disebabkan baik oleh olah gerak kapal itu sendiri, maupun dari luar (seakeeping). Gerakan yang berasal dari faktor
luar kapal yaitu seperti iklim yang tidak mendukung dan mengakibatkan gelombang besar, terjadi badai yang sangat berbahaya bagi ABK dan kapal. Karena gerakan kapal yang mengakibatkan gejala fisik yang tidak nyaman yang ditandai dengan susah bernapas, pusing, mual, pucat dan muntah. Penyebab utama mabuk laut adalah tidak adanya kesamaan rangsang atau conformity antara stimulus, mata dan labirin telinga yang diterima oleh otak manusia.
Oleh karena itu didalam penelitian ini mencoba menganalisa penambahan fin stabilizer pada KM. Sabuk Nusantara 71 yang beroperasi pada daerah Ambon – Bebar – Wulur – Romang – Kisar – Leti – Moa – Lakor – Luang – Lelang – Tepa – Lewa – Dawera – Kroing – Marsela – Saumiaki - Tual yang memiliki tinggi gelombang dengan kategori sedang dengan tinggi 1,25-2,5 m menurut BMKG dan tentunya tidak lepas dari kemungkinan akan mengalami gelombang yang tinggi, Dalam kasus ini akan dibandingkan respon gerak rolling kapal dan juga motion sickness penumpang pada kapal yang dipasangkan fin stabilizer dengan kapal yang tidak dipasangkan fin stabilizer.
2. METOLOGI 2.1 Diargram Alir
Langkah-langkah pengerjaan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar diagram alir dibawah ini :
Gambar 1 Diagram alir penelitian
2.2. Fin Stabilizer
Fin stabilizer adalah suatu peralatan lambung untuk mengurangi gerakan rolling (gerak ke- olengan) kapal yang disebabkan oleh gelombang air laut dengan cara menghasilkan gaya angkat dari fin yang terpasang pada kedua sisi lambung kapal. Karena fin stabilizer berfungsi untuk mengurangi gerakan rolling kapal, maka dapat dikatakan sebagai anti-rollatau roll damping system (al, 1994). Fin stabilizer dipasangkan bertujuan untuk memberikan kenyamanan bagi penumpang atau ABK (Anak Buah Kapal) dan keamanan peralatan didalamnya serta peningkatan akurasi sistem senjata misalnya pada kapal perang. Untuk kapal perang alat ini biasanya digunakan terutama pada kapal perang jenis kapal cepat dan tipe kapal patroli. Kapal-kapal tipe ini memiliki berat yang ringan karena sebagian dari badan kapal terbuat dari logam aluminium agar memungkinkan kapal dapat bergerak lebih cepat dan lebih lincah. Berbeda dengan kapal-kapal dengan tipe combaten atau fregat yang memiliki ukuran yang lebih besar dan badan kapal seluruhnya terbuat dari logam baja yang tebal.
Sistem aktif dengan fin-stabilization dirakit berdasarkan minimal sepasang fin, satu
dipasang di port-side dan lainnya di starboard-side. Untuk gerakan rolling yang mengarah ke port-side, port-fin disetel keatas sedangkan starboard-fin kebawah ( angle of attack dari kedua fin berlawanan satu sama lain ). Kemudian fin akan menghasilkan momen kopel yang melawan momen akibat rolling. Momen yang dihasilkan oleh fin terkait dengan gaya angkat yang dihasilkan oleh fin ketika bergerak pada kecepatan tertentu
Gambar 2 Posisi Fin Stabilizer pada kapal.
2.3 Seakeeping
Olah gerak kapal (Seakeeping) adalah kemampuan suatu kapal untuk tetap bertahan dilaut dalam kondisi apapun. Oleh karena itu kemampuan ini jelas merupakan aspek penting dalam hal perancangan kapal (Ship Design).
Dasar Perhitungan Seakeeping adalah kapal yang berlayar di suatu perairan akan mengalami gerakan sesuai dengan kondisi gelombang pada saat itu (sons, 1978).
Gerak ini yang menunjukkan kualitas kapal dalam merespon spektrum gelombang.
Perhitungan seakeeping kapal Perintis 2000 DWT menggunaan software Maxsurf Motion Advance yang terdapat beberapa pengaturan dalam pengoperasiannya antara lain adalah Kondisi perairan (sea condition) Kondisi perairan (sea state condition ) mengacu pada kondisi yang telah ditetapkan oleh Badan Meteteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG) dengan peninjauan pada kategori tinggi.
Dalam memperoleh perlakuan dari gelombang kapal mengalami dua jenis gerakan yaitu gerakan rotasi dan translasi.
Gerakan rotasi terdiri dari gerakan rolling, pitching dan yawing. Sedangkan gerakan translasi teridiri dari surging, swaying, heaving.
Gambar 3 Gerakan gelombang rotasi dan translasi 2.4 RAO dan Arah Gelombang
RAO atau Response Amplitude Operator merupakan Respon gerakan kapal terhadap gelombang reguler dinyatakan dalam RAO, dimana RAO adalah rasio antara amplitudo gerakan kapal baik translasi maupun rotasi terhadap amplitudo gelombang pada frekuensi tertentu (ISO, 1997). Untuk mendapatkan respon gerakan kapal terhadap gelombang acak dapat digambarkan dengan spektrum respon.
Arah datang gelombang reguler ketika menerpa badan kapal dan arah datang (heading) kapal dihitung searah jarum jam dari arah datangnya gelombang. Sudut diantara kedua arah tersebut dinyatakan sudut encountering (μ).
Analisa seakeeping umumnya menggunakan minimal satu sudut encountering. Ada beberapa istilah yang digunakan dalam menyebut sudut encountering seperti ditunjukkan tabel 2.1.
Tabel 2.1 Istilah Sudut Encountering No. μ (dalam
derajat)
Istilah
1 0 Following Sea
2 45 Stern Quartering Sea
3 90 Beam Sea
4 135 Bow Quaertering Sea
5 180 Head Sea
2.5 Motion Sickness Incidence
Motion sickness incidence adalah istilah standar untuk rasa tidak nyaman dan rasa muntah yang disebabkan berbagai kondisi gerakan : dikapal, dipesawat terbang, dimobil, permainan ketangkasan, dalam kondisi tekanan gravitasi nol (ruang angkasa) dan dielevator/lift.
Griffin (1990) meneliti indikasi tipe lain seperti menguap, penyimpangan dalam bernapas, mengantuk, sakit kepala, perasaan tidak peduli kepada nasib orang lain. Akhirnya, akumulasi dari gejala tersebut biasanya menghasilkan rasa muntah. Penelitian dikapal ataupun dilaboratorium telah dilaksanakan untuk menentukan pengaruh gerakan kapal (roll, pitch dan heave), frekwensi gerakan dan percepatan juga durasi kejadian. Mc.Cauley dan O’Hanlon (1974) meneliti hubungan frekwensi gerakan vertikal dan percepatan dengan motion sickness incidence.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Data Utama Kapal
Tabel 2 Data Utama Kapal No. Dimensi Ukuran
1. LPP 63.00 m
2. LOA 68.50 m
3. B 14.00 m
4. T 2.90 m
5. H 6.20 m
6. Vs 12.00 knots
7. Cb 2 x 1400 HP
8. ABK 36 orang
3.2.Pemodelan Kapal
Dengan menggunakan software Maxsurf Modeller dan data dari linesplan selanjutnya dibuat 3 buah jenis model yaitu tanpa menggunakan fin, dengan fin pada engine room, dan dengan fin pada midship. Hasil dari pemodelan tersebut adalah sebagai berikut.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4 Hasil pemodelan kapal (a) Tanpa Fin (b) Fin di Engine Room (c) Fin pada Midship 3.3. Hasil Perbandingan RAO
Berdasarkan hasil simulasi pada perangkat lunak Maxsurf Motion didapatkan data berupa nilai RAO terhadap frekuensi masuk pada setiap jenis heading. Dan didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 5 Grafik Perbandingan Nilai RAO Berdasarkan grafik diatas dapat dilihat bahwa nilai Roll, Pitch, dan Heave pada heading 45 deg, 90 deg, dan 180 deg menunjukan bahwa penempatan Fin pada Midship memberikan nilai terkecil.
3.4. Hasil Perbandingan MSI
Berdasarkan hasil simulasi pada perangkat lunak Maxsurf Motion didapatkan data berupa nilai MSI untuk 3 buah ruang . Dan didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 6 Grafik perbandingan MSI pada economy room I
Gambar 7 Grafik perbandingan MSI pada economy room II
Berdasarkan grafik diatas dapat dilihat bahwa nilai MSI pada 45 deg, 90 deg, dan 180 deg menunjukan bahwa penempatan Fin pada Midship memberikan nilai MSI terkecil dan apabila dikonversi dalam kriteria MSI untuk ketiga ruang menunjukan bahwa nilai tersebut masuk pada kategori Moderate.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan beberapa percobaan hasil simulasi yang telah dilakukan maka dapat disimpulakn sebagai berikut:
1. Berdasarkan data utama kapal KM. Sabuk Nusantara 71 yang dimana masuk didalam kategori kapal kecil didapatkan model desain fin stabilizer yang cocok yaitu menggunakan spesifikasi fin stabilizer dari roll Royce tipe Aquarius A25 karena fin stabilizer tipe ini direkomendasikan untuk kapal yang berukuran kecil dan memiliki dimensi serta berat yang lebih ringan di bandingkan dengan tipe yang lain sehingga tidak terlalu mempengaruhi penambahan berat attachment kapal dan mempengaruhi pembahan sarat kapal.
Berdasarkan analisa seakeeping berupa nilai RMS untuk masing-masing model yaitu model tanpa Fin, model dengan Fin pada engine room, dan model dengan Fin pada Midship didapatkan bahwa model dengan Fin pada Midship memiliki nilai RMS yang paling rendah baik pada arah datang gelombang 45⁰, 90⁰, dan 180⁰ untuk setiap gerakan.
2. Berdasarkan analisa RAO untuk masing- masing model yaitu model tanpa Fin, model dengan Fin pada engine room, dan model dengan Fin pada Midship didapatkan bahwa model dengan Fin pada Midship memiliki nilai RAO yang paling baik, pada arah datang gelombang 45⁰, 90⁰, dan 180⁰ dengan nilai gerakan roll paling tinggi yaitu 1,2 untuk hasil kriteria dengan kecepatan 14 knot, penambahan fin stabilizer ini dapat mereduksi gerakan roll dari nilai 1,7 sebelum ditambahkan fins menjadi 1.2”.
3. Berdasarkan analisa MSI atau Motion sickness incidence untuk masing-masing model yaitu model tanpa Fin, model dengan Fin pada engine room, dan model dengan Fin pada Midship didapatkan bahwa model dengan Fin pada Midship memiliki nilai MSI yang paling rendah
baik pada arah datang gelombang 45⁰, 90⁰, dan 180⁰ dengan nilai maksial yaitu 5,079% untuk hasil kriteria dengan kecepatan 14 knot yang berada pada kategori “serious ” tetapi untuk sudut dating gelombang 180⁰ dan untuk kecepatan dan sudut datang gelombang lainnya semuanya memiliki kategori “moderate”.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Untuk itu penulis tidak lupa mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat :
1. Bapak Ir.Muhammad Muhadi Eko Prayitno, M.MT, Selaku dosen pembimbing 1.
2. Bapak Adi Wirawan Husodo, ST., MT. Selaku dosen pembimbing 2 3. Orang Tua penulis yang selalu
memberikan dorongan moril serta materil yang sangat besar demi suksesnya penulisan tugas akhir ini.
4. Teman-teman kuliah yang banyak memberikan masukan serata semangat dalam penulisan laporan ini.
6. PUSTAKA
[1] al, T. K. (1994). Effect of Fin Area and Control Methods on Reduction of Roll Motion with Fin Stabilizer.
[2] Cauley, J. F. (1974). Motion Sickness Incidence as a Function of Frequency and Acceleration of Vertical Sinusoidal Motion.
Aerospace Medicine , 45.
[3] Cepowski, T. (2009). On the modeling of car passenger ferryship design parameters with respect to selected seakeeping qualities and additional resistance in waves. Polish Maritime Research, 3-10.
[4] Dian Purnama Putra, D. C. (2016). Analisa Seakeeping dan Prediksi Motion Sickness Incidence (MSI) Pada Kapal Perintis 500 DWT Dalam Tahap Desain Awal (Initial Design). Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No.3.
[5] Iqbal, M. .. (2015). Kapal, Vo.12, no.1.
Optimasi bentuk demihull kapal katamaran untuk meningkatkan kualitas kapal.
[6] J. M. Riola, S. E.-S. (2004). Motion and seasickness of fast warships. Habitability of combat and Transport Vehicles, 4-7.
