PENGARUH BENTUK LAMBUNG KAPAL TERHADAP TAHANAN KAPAL
Rosmani, Syamsul Asri, Wahyuddin, Azis Abdul Karim & Imelda Rombe Allo D Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan Km.10 Tamalanrea – Makassar, 90245 Telp/Fax: (0411) 585637
e-mail: [email protected]
Abstrak
Kapal Feri adalah salah satu angkutan penyeberangan yang merupakan angkutan yang berfungsi sebagai jembatan yang menghubungkan jaringan jalan yang dipisahkan oleh perairan untuk mengangkut penumpang dan kendaraan beserta muatannya. Kapal Feri Ro- Ro sekarang utamanya berfungsi untuk pengangkutan kendaraan dengan berbagai tipe dan jumlah penumpang yang banyak untuk menghubungkan dua tempat pada satu jalur pelayaran tertentu yang berjauhan jaraknya. Dalam merencanakan sebuah kapal feri, pekerjaan tahap pertama dalam proses teknis kapal adalah menentukan ukuran dan parameter bentuk kapal.
Namun besarnya ukuran panjang, lebar, sarat air dan koefisien bentuk yang sudah ditentukan ternyata masih dapat dibuat berbagai bentuk kapal yang berbeda, tidak semua kemungkinan akan membawa pengaruh baik, karena faktor umum yang memegang peranan penting adalah tahanan yang akan dialami oleh kapal pada waktu berlayar yang akan berpengaruh terhadap kecepatan dan penentuan daya mesin kapal. Tujuan dari Penelitian ini adalah menganalisis pengaruh bentuk lambung terhadap tahanan kapal dengan mempertimbangkan perubahan letak titik tekan dengan displasmen tetap melalui konsep simulasi komputer dengan menggunakan program Software Maxsurf Pro versi 9.0. Dengan metode Holtrop untuk menentukan nilai tahanan. adapun hasilnya adalah Perubahan nilai tahanan total kapal yang terjadi, mulai pada kecepatan 8 sampai 17 knot sangat kecil yaitu rata-rata meningkat sekitar 7%, sedang pada kecepatan 17 sampai 18 knot meningkat secara signifikan sampai 20%.
Letak titik tekan kapal yang mempunyai nilai tahanan yang paling kecil adalah pada posisi 0,5% di belakang midship.
Kata Kunci: kapal feri, bentuk lambung, CAD, tahanan
PENDAHULUAN
Kapal Feri adalah salah satu angkutan penyeberangan yang merupakan angkutan yang berfungsi sebagai jembatan yang menghubungkan jaringan jalan yang dipisahkan oleh perairan untuk mengangkut penumpang dan kendaraan beserta muatannya. Kapal Feri Ro-Ro sekarang utamanya berfungsi untuk pengangkutan kendaraan dengan berbagai tipe dan jumlah penumpang yang banyak untuk menghubungkan dua tempat pada satu jalur pelayaran tertentu yang berjauhan jaraknya. Dalam merencanakan sebuah kapal, pekerjaan tahap pertama dalam proses teknis kapal adalah menentukan ukuran dan parameter bentuk kapal. Namun besarnya ukuran panjang, lebar, sarat air dan koefisien bentuk yang sudah ditentukan ternyata masih dapat dibuat berbagai bentuk kapal yang berbeda, tidak semua kemungkinan akan membawa pengaruh baik, karena faktor umum yang memegang peranan penting adalah tahanan yang akan dialami oleh kapal pada waktu berlayar yang akan berpengaruh terhadap kecepatan dan penentuan daya mesin kapal.
Kecepatan kapal merupakan persyaratan operasi yang ditentukan berdasarkan waktu berlayar. Kapal berkecepatan sedang adalah kapal yang mampu melayani lintasan dengan kecepatan maksimal sampai dengan 18 knot.
Tahanan kapal tergantung pada ukuran bentuk badan kapal dan kecepatan yang diinginkan Bentuk badan kapal yang langsing akan memperkecil nilai tahanan kapal, artinya dengan daya mesin yang tetap akan memperoleh kecepatan yang lebih besar. Tujuan penelitian ini akan mengsimulasi perubahan bentuk lambung kapal untuk mendapatkan nilai tahanan yang kecil dengan pertimbangan letak titik tekan yang sesuai.
Dalam Penelitian ini menganalisa perubahan bentuk badan kapal untuk memperkecil nilai Tahanan Kapal melalui konsep simulasi komputer dengan menggunakan program Software Maxsurf Pro versi 9.0.
Pengertian Kapal Feri
Kapal feri adalah kapal khusus yang dibuat atau dibangun untuk penyeberangan barang dan penumpang, dengan jarak pelayaran yang pendek dan dekat dengan melintasi sungai, kawasan pelabuhan juga sepanjang pantai atau pulau. Kapal feri beroperasi sepanjang pantai suatu pulau dan atau antar pulau yang hanya membawa sedikit kendaraan dan penumpang.
Secara garis besar tipe/ jenis kapal feri dapat dibagi:
- Kapal feri pengangkutan K.A (ferry train) - Kapal feri pengangkutan kendaraan
- Kapal feri pengangkutan penumpang atau kombinasi kapal tersebut tergantung jenis muatan yang akan diangkut
Karakteristik Bagunan Kapal Feri
Kapal feri Ro-ro adalah kapal yang dibangun untuk penyebrangan kendaraan dan penumpang dengan jarak yang pendek dalam melintasi sungai atau pantai suatu pulau atau antar pulau. Sebagai produk teknologi transportasi, maka kapal feri Ro-Ro mempunyai ciri-ciri umum sebagai berikut:
1. Geladak Diisyaratkan dengan lebar yang cukup besar untuk pengangkutan kendaraan agar arus masuk keluarnya kendaraan menjadi cepat.
2. Mempunyai geladak kendaraan/ mobil sebagai deck kekuatan utama 3. Di atas geladak kendaraan terdapat geladak untuk muatan penumpang 4. Penempatan kendaraan sedemikian rupa sehingga terlindungi dari air laut
5. Mempunyai Pintu Rampa(Rampdoor) baik itu di depan dan belakang maupun di samping .
6. Untuk mencukupi lebar kapal yang besar. Kapal di lengkapi dengan balok pelintang yang cukup dan juga di lengkapi dengan fender untuk mencegah terjadinya shock.
7. Karakteristik yang lebih spesifik dari kapal feri Ro-Ro yaitu dimana bongkar muat secara horisontal dengan menggunakan roda dari luar dan kedalam kapal melalui rampa jembatan kapal. Kapal ini selain mengangkut barang juga mengangkut penumpang.
Tahanan Kapal
Tahanan kapal merupakan ilmu yang mempelajari reaksi fluida akibat gerakan kapal yang melalui fluida tersebut.
Dalam istilah hidrodinamika kapal, tahanan/resistance/drag adalah besarnya gaya fluida yang bekerja pada kapal sedemikian rupa sehingga melawan gerakan kapal tersebut. Tahanan tersebut sama dengan komponen gaya yang bekerja sejajar dengan sumbu gerakan kecepatan kapal.
Tahanan kapal pada suatu kecepatan merupakan gaya fluida yang bekerja pada kapal sehingga dapat melawan arah gerakan kapal. Tahanan ini dipengaruhi oleh kecepatan, displasmen dan bentuk lambung kapal. Adanya tahanan ini menyebabkan kecepatan operasi kapal menurun. Sedangkan suatu tahanan kapal ini adalah sama dengan suatu gaya dan karena dihasilkan oleh air, maka ini disebut gaya hidrodinamika. Gaya hidrodinamika ini semata-mata disebabkan oleh gerakan relatif kapal terhadap air.
Tahanan kapal mempunyai kurva C – Fn, dimana koordinat horizontalnya adalah angka froude:
= (1)
Sedangkan ordinatnya adalah koefisien tahanan kapal yang didefenisikan sebagai:
= 0,5 (2)
Pada dasarnya hambatan kapal di bagi menjadi dua bagian besar yaitu:
1. Hambatan udara adalah hambatan yang bekerja pada bagian kapal yang berada di atas permukaan air.
2. Hambatan air adalah hambatan yang bekerja pada bagian kapal yang berada di bawah permukaan air.
Dalam membuat usulan awal untuk kapal baru atau melakukan studi tentang transportasi, pertanyaan yang sering di hadapi adalah berapa besar daya yang diperlukan untuk menggerakkan kapal yang direncanakan. Hal ini dapat ditentukan dengan menggunakan tiga kelompok metode yaitu:
a. Metode kapal pembanding
Jika menggunakan metode kapal pembanding maka harus di pilih suatu kapal pembanding yang merupakan jenis yang sama dengan kapal yang direncanakan serta ukuran utama dan kecepatan yang tidak terlaluh jauh berbeda.
b. Metode statistik
Pada metode statistik maka data propulsi dari seperangkat kapal dikumpulkan dan di pelajari statistiknya.
Hasilnya dapat diberikan berupa program untuk perhitungan atau seperangkat diagram yang menyatakan daya sebagai fungsi dari koofisien blok, displasemen, dan rasio panjang-displasemen.
c. Metode satu persatu
Pada metode satu persatu, tahanan kapal ditentukan dengan menggunakan data-data kapal lain yang sudah ada.
Dalam metode ini banyak ahli yang melakukan penelitian dengan berbagai sudut pandang yang ada pada dasarnya adalah sama, di antaranya metode Guldhammer.
Pada dasarnya hambatan kapal di bagi menjadi dua bagian besar yaitu:
1. Hambatan udara adalah hambatan yang bekerja pada bagian kapal yang berada di atas permukaan air.
2. Hambatan air adalah hambatan yang bekerja pada bagian kapal yang berada di bawah permukaan air.
Metode Numerik
Pada bagian ini dijelaskan metode yang digunakan dengan bantuan software Maxsurf adalah salah satu program pemodelan 3 dimensi yang dapat digunakan untuk mendisain bentuk lambung yang kompleks disertai perhitungan hidrostatik, stabilitas dan lain-lain. Maxsurf Pro adalah program yang digunakan oleh Marine Engineer untuk membuat model (Lines Plan). Pembuatan Lines Plan ini merupakan kunci utama suksesnya perancangan desain sebelum model dilakukan analisa hidrodinamika, kekuatan struktur dan pendetailan lebih lanjut. Seringkali pembuatan model dan analisa ini selalu berubah karena ketidaksesuaian antara desain dan analisanya, sehingga proses desain dapat digambarkan sebagai desain spiral yang saling menyempurnakan. Maxsurf menggunakan teknik yang disebut pemodelan permukaan untuk benar-benar mendefinisikan bentuk luar kapal. Teknik ini mengibaratkan lambung adalah bagian yang sangat tipis dan fleksibel sehingga dengan mudah dapat menggeser poin. Geladak,bangunan atas, tiang, lunas, dan kemudi dapat dimodelkan dengan cara ini.Keuntungan menggunakan teknik ini adalah mampu menghasilkan model yang akurat hanya dengan menggunakan beberapa poin. Tetapi bila ingin mendapatkan hasil yang maksimal dari teknik ini perlu mamahami beberapa prinsip dasarnya.
Dasar pembangunan model pada Maxsurf Pro menggunakan surface (seperti karpet) yang dapat ditarik dan dibentangkan sehingga bisa menjadi model yang utuh.
Untuk dapat menguasai Maxsurf Pro terlebih dahulu harus mengenal lembar kerja (gambar 1), tools dan cara penggunaanya. Lembar kerja ini didalamnya terdapat tools yang digunakan membuat model. Selanjutnya diperlukan latihan-latihan, diskusi dan buku-buku penujang.
Uji Tahanan dan Power Model pada Hullspeed
Hullspeed adalah program yang digunakan untuk menguji tahanan dan power model. Hasil uji ini akan ditampilkan dalam bentuk angka dan grafik, disamping itu juga kita bisa menentukan besarnya kecepatan maksimal dan besarnya efisiensi yang ingin kita hitung. Ada beberapa metode tahanan yang digunakan untuk
pengujian antara lain: Savitsky pre-planing,Savitsky planing, Latiharju, Holtrop, van Oortmerssent, Series 60, dan Delft,I,II,III. Dimana masing-masing metode dapat ditampilkan dalam satu grafik.
Gambar 1. Lembar Kerja Maxsurf Pro
Jenis Penelitian ini yakni kuantitatif, non eksperimental dengan menggunakan Metode Numerik dengan menggunakan software Maxsurf. Jenis data yang digunakan dalam penelitian ini adalah Data sekunder, yaitu data berupa ukuran utama kapal dan gambar lines plan kapal yang telah ada sebelumnya.
Tabel 1. Ukuran Utama Kapal
No Item Ukuran Kapal Satuan
1. LOA 50,070 meter
2. LWL 48,596 meter
3. LBP 46,780 meter
4. B 13,800 meter
4. H 4,140 meter
5. T 2,760 meter
6. Cb 0,602 -
7. Cp 0,782 -
8. ▼ 1.110,353 meter3
9. LCB + 0,305 meter
10. Vs knot
Analisa dan Bahasan
Dalam pembuatan desain kapal dalam penelitian ini, dibuat model tanpa bangunan atas. Sebagai contoh desain kapal yang telah dibuat pada program Maxsurf, terlihat pada Gambar 2.
1. Modifikasi Lambung Menjadi Beberapa Alternatif
Sebagai kapal sampel adalah kapal Feri di mana lambungnya dimodifikasi menjadi beberapa bentuk. Selanjutnya menghitung tahanan tiap perubahan bentuk badan menggunakan Software Maxsurf. perhitungan dilakukan dengan kecepatan 8 knot sampai 18 knot. Hasil dari proses perhitungan tahanan menjadi bahan perbandingan dalam menganalisa seberapa besar tingkat pengaruh rasio tahapan ini, antara bentuk lambung dan tahanan kapal hubungannya dengan letak LCB.
2. Variasi LCB Kapal Berdasarkan Perubahan Bentuk Lambung
Dengan adanya perubahan beberapa bentuk lambung kapal, maka dengan sendirinya letak LCB akan berubah.
Untuk variasi letak LCB kapal hubungannya dengan perubah lambung kapal, dengan asumsi bahwa variabel- variabel yang tetap adalah volume kapal (▼), koefisien blok (Cb), serta koefisien prismatik (Cp). Cara sederhana merubah letak LCB kapal adalah dengan merubah bentuk lambung di buritan kapal ataupun haluan kapal. Apabila
bentuk lambung haluan kapal lebih besar maka letak LCB akan berada di depan midship (Ф). Letak LCB kapal yang akan ditinjau nilai tahanannya adalah LCB berada di –0,189 m di belakang midship dan 1,750 m di depan midship. Variasi perubahan bentuk lambung dengan letak LCB terlihat pada tabel 2.
Gambar 2. Model Ferry Ro-Ro 600 GT pada Program Maxsurf
Letak LCB di ukur dari midship (Ф), tanda negatif (-) artinya letak LCB di belakang midship (Ф), sedangkan tanda positif (+) artinya LCB berada di depan midship. Untuk letak LCB di belakang midship hanya dilakukan dengan 1 (satu) kali variasi dikarenakan bentuk buritan ferry ro-ro yang hampir berbentuk kotak.
Modifikasi lambung dilakukan sebanyak 10 kali perubahan bentuk.
Tabel 2. Letak LCB untuk Beberapa Variasi Lambung
Model Cb Cp Cm Cw ▼ LCB LCB
m3 m %
I 0,602 0,782 0,770 0,905 1.110,354 -0,087 -0,189 II 0,602 0,782 0,770 0,897 1.110,357 0,000 0,000 III 0,602 0,782 0,770 0,895 1.110,363 0,116 0,250 IV 0,602 0,782 0,770 0,894 1.110,347 0,233 0,500 V 0,602 0,782 0,770 0,895 1.110,350 0,305 0,674 VI 0,602 0,782 0,770 0,895 1.110,357 0,349 0,750 VII 0,602 0,782 0,770 0,897 1.110,357 0,466 1,000 VIII 0,602 0,782 0,770 0,898 1.110,363 0,582 1,250 IX 0,602 0,782 0,770 0,898 1.110,363 0,699 1,500 X 0,602 0,782 0,770 0,900 1.110,354 0,815 1,750 Sumber: Hasil Olahan
3. Perhitungan Tahanan Kapal Berdasarkan Perubahan Letak LCB
Perhitungan tahanan menggunakan metode Metode Holtrop, dengan range kecepatan mulai dari 8 sampai 18 knot.
Tabel 3. Nilai Tahanan Kapal untuk Variasi Letak LCB
Vs
Resistance (kN) LCB (%)
-0,189 0 0,25 0,5 0,674 0,75 1 1,25 1,5 1,75
8,00 20,840 20,730 20,670 20,660 20,670 20,670 20,700 20,710 20,700 20,700 8,25 22,520 22,410 22,350 22,330 22,350 22,350 22,390 22,400 22,390 22,390 8,50 24,370 24,250 24,190 24,180 24,200 24,200 24,250 24,260 24,260 24,260 8,75 26,410 26,290 26,230 26,220 26,240 26,250 26,300 26,320 26,320 26,320 9,00 28,680 28,560 28,490 28,490 28,520 28,530 28,590 28,620 28,620 28,620 9,25 31,200 31,070 31,000 31,000 31,040 31,060 31,140 31,170 31,180 31,170 9,50 33,960 33,820 33,750 33,760 33,800 33,830 33,930 33,960 33,980 33,970 9,75 36,970 36,830 36,750 36,770 36,820 36,850 36,970 37,020 37,050 37,040 10,00 40,330 40,180 40,100 40,130 40,190 40,230 40,380 40,430 40,470 40,460 10,25 44,190 44,030 43,960 44,000 44,070 44,120 44,300 44,360 44,420 44,400 10,50 48,640 48,490 48,410 48,470 48,550 48,610 48,830 48,910 48,980 48,960 10,75 53,630 53,480 53,400 53,480 53,580 53,660 53,910 54,010 54,110 54,070 11,00 58,930 58,770 58,690 58,790 58,910 59,000 59,300 59,420 59,540 59,490 11,25 64,240 64,080 64,000 64,120 64,260 64,370 64,720 64,850 65,000 64,940 11,50 69,480 69,320 69,240 69,380 69,530 69,660 70,050 70,210 70,370 70,300 11,75 74,840 74,670 74,580 74,750 74,920 75,060 75,500 75,680 75,860 75,790 12,00 80,750 80,580 80,490 80,680 80,870 81,030 81,530 81,720 81,940 81,850 12,25 87,780 87,610 87,530 87,750 87,970 88,150 88,720 88,940 89,180 89,090 12,50 96,520 96,340 96,260 96,530 96,780 96,990 97,640 97,900 98,190 98,080 12,75 107,410 107,230 107,160 107,490 107,780 108,030 108,800 109,100 109,450 109,320 13,00 120,730 120,550 120,490 120,900 121,240 121,550 122,450 122,810 123,230 123,070 13,25 136,420 136,250 136,190 136,690 137,090 137,460 138,540 138,960 139,480 139,280 13,50 153,980 153,830 153,780 154,380 154,840 155,290 156,560 157,060 157,670 157,440 13,75 172,510 172,390 172,350 173,040 173,580 174,100 175,570 176,150 176,870 176,590 14,00 190,830 190,740 190,700 191,480 192,090 192,690 194,360 195,030 195,850 195,530 14,25 207,760 207,700 207,660 208,520 209,200 209,860 211,720 212,460 213,370 213,010 14,50 222,420 222,380 222,340 223,270 224,000 224,720 226,730 227,540 228,530 228,130 14,75 234,400 234,380 234,340 235,320 236,090 236,850 238,990 239,840 240,900 240,470 15,00 243,820 243,820 243,770 244,780 245,590 246,390 248,610 249,500 250,600 250,150 15,25 251,220 251,220 251,160 252,200 253,030 253,850 256,140 257,060 258,190 257,730 15,50 257,340 257,330 257,280 258,340 259,190 260,030 262,370 263,310 264,460 263,990 15,75 263,030 263,010 262,950 264,040 264,910 265,760 268,150 269,100 270,280 269,800 16,00 269,080 269,050 268,990 270,110 270,990 271,860 274,300 275,270 276,470 275,990 16,25 276,190 276,150 276,100 277,250 278,160 279,050 281,550 282,550 283,780 283,290 16,50 284,980 284,920 284,880 286,080 287,020 287,940 290,520 291,550 292,820 292,320 16,75 295,950 295,880 295,840 297,110 298,090 299,050 301,740 302,810 304,140 303,620 17,00 338,300 338,250 338,200 339,510 340,510 341,510 344,270 345,380 346,760 346,150 17,25 480,430 480,510 480,370 481,560 482,520 483,490 486,140 487,210 488,530 487,630 17,50 622,590 622,790 622,560 623,650 624,550 625,500 628,030 629,070 630,340 629,140 17,75 764,770 765,110 764,780 765,760 766,610 767,540 769,960 770,960 772,170 770,680 18,00 906,990 907,460 907,030 907,910 908,710 909,620 911,910 912,880 914,040 912,250
Perubahan bentuk lambung untuk mendapatkan variasi LCB dengan asumsi bahwa volume, koefisien blok serta koefisien prismatik yang tetap, ternyata diperoleh bahwa tahanan total kapal tidak mengalami perubahan yang signifikan. Dapat lihat dari kurva gambar 1, bahwa dari 10 (sepuluh) kali variasi LCB, semua kurva berimpit, artinya bahwa dengan kecepatan yang sama walaupun telah dilakukan pergeseran letak LCB, nilai tahanan total kapal cenderung sama.
Untuk perubahan nilai tahanan total kapal yang terjadi, mulai pada kecepatan (8-17) knot sangat kecil yaitu rata- rata 7%, sedang pada kecepatan 17 sampai 18 knot meningkat secara signifikan sampai 20%.
Gambar 4. Kurva Hubungan Letak LCB dengan Nilai Tahanan Kapal
Perubahan letak titik tekan makin ke depan ataupun ke belakang midship kapal, akan memberikan pengaruh terhadap besarnya nilai tahanan total kapal. Namun dari hasil perhitungan pada penelitian ini, dengan kecepatan yang sama nilai tahanan total kapal terbesar berada pada letak LCB di belakang midship. Letak LCB dari = - 0,189% x Lbp sampai dengan LCB = 0,5% x Lbp dengan kecepatan yang sama, di mana nilai tahanan total kapal cenderung turun yakni RT= 906,990 sampai 20,660 kN. Dan kembali naik pada nilai LCB di atas = 0,5% x Lbp sampai dengan LCB = 1,75% x Lbp, dimana besarnya tahanan total berkisar antara 20,660 - 912,250 kN.
Sehingga peneliti menyarankan agar pada Ferry Ro-Ro 600 GT sebaiknya letak LCB kapal berkisar antara LCB
= 0,25% x Lbp sampai dengan LCB = 0,674% x Lbp. Yang paling disarankan adalah LCB = 0,5% x Lbp karena pada letak LCB ini nilai tahanan total terkecil.
SIMPULAN
1. Perubahan bentuk lambung kapal akan berpengaruh pada letak titik tekan dan tahanan kapal, dimana letak titik tekan makin kebelakang midship, maka nilai tahanan kapal juga akan semakin besar.
2. Perubahan nilai tahanan total kapal yang terjadi, mulai pada kecepatan 8 sampai 17 knot sangat kecil yaitu rata-rata bertambah sekitar 7%, sedang pada kecepatan 17 sampai 18 knot meningkat secara signifikan sampai 20%.
3. Letak titik tekan kapal yang mempunyai nilai tahanan yang paling kecil adalah pada posisi 0,5% Lbp di belakang midship.
DAFTAR PUSTAKA
Djoko Lukmanto, 2010, MetodeNumerik,Bahan Kuliah Metode Numerik Jurusan Teknik Sipil FT UGM, Yogyakarta.
Indra Kusna Jaya, 2008, Teknik Konstruksi Kapal Baja, Jilid 2Direktorat Pembinaan Sekolah Kejuruan, Direktorat Jenderal manajemen Pendidikna dasar dan menengah, Departemen Pendidikna Nasional David G.M. Watson. 1998, Practical Ship Design.
Dr. Ir. J. D. Van Manen dan Ir. A. J. W. Lap, 1956, Fundamental of Ship Resistance and Propulsion. The Netherland Society of Engineers and Ship Builders.
H. E. Guldhamer And Sv. Aa. Harvald. 1974. Ship Resistance. Akademisk Forlag Copenhagen.
Faltinsen O.M, 2005, Hydrodinamics of High Speed Marine Vechicles, Cmbridge Univesrity Press, Cambridge, UK.
John La Dage and Lee Van Gemert, Stability and Trim for The Ship’s Officer
Jusuf Sutomo, Ir.,M.Sc. oleh Sv. Aa. Harvald. 19 92. Tahanan dan Propulsi Kapal. Airlangga University Press.
Surabaya.