Studi Karakteristik Hambatan dan Seakeeping Kapal Trimaran pada Perairan Tenang dan Bergelombang

(1)

DISERTASI

Studi Karakteristik

Hambatan dan Seakeeping

Kapal Trimaran pada

Perairan Tenang dan Bergelombang

RICHARD BENNY LUHULIMA NRP: 4112301002

PROMOTOR : Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D. C0- PROMOTOR : Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc., Ph.D.

PROGRAM DOKTORAL

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

(2)

DISERTASI

Studi Karakteristik

Hambatan dan Seakeeping

Kapal Trimaran pada

Perairan Tenang dan Bergelombang

RICHARD BENNY LUHULIMA NRP: 4112301002

PROMOTOR : Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D. K0-PROMOTOR : Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc., Ph.D.

PROGRAM DOKTORAL

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

(3)

(4)

LEMBAR PENGESAHAN DISERTASI

STUDI KARAKTERISTIK HAMBATAN DAN SEAKEEPING

KAPAL TRIMARAN PADA

PERMRANTENANGDANBERGELOMrnANG

Disertasi disusun untuk: memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar DOKTOR (Dr.)

Di

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Oleh: RJCHARD BENNY LUHULIMA

NRP: 4112301002

Disetujui oleh Tim Penguji Disertasi:

Tanggal Ujian : 14 Desember 2016 Peri ode Wisuda: Maret 2017

1 1 Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utamla, M.Sc, Ph.D

I

Promotor NIP. 1967040 6199203 1 001

2 I Aries Sulisetyono, ST, MA.Sc, Ph.D

I

Ko-Promotor NIP. 19710320 199512 1 002

3

!

Prof. Ir. Daniel M. Rosyid, Ph.D

I

an. Penguji Internal NIP. 19610702 198803 1 003

4 f Dr. Ridho Hantoro, ST., MT

I

Penguji Internal NIP 19761223 200501 1 001

5 I Prof. Dr. Ir. Yanuar, M.Eng., M.Sc

(5)

ii

(6)

iii

Studi Karakteristik Hambatan dan Seakeeping

Kapal Trimaran pada

Perairan Tenang dan Bergelombang

Nama Mahasiswa : Richard Benny Luhulima NRP : 4109 301 701

Promotor : Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc, Ph.D Ko-Promotor : Aries Sulisetyono, ST, MA.Sc., Ph.D

ABSTRAK

Penggunaan lambung tunggal dan banyak untuk aplikasi kapal penumpang mengalami pasang surut dimana hal itu berkaitan dengan besarnya hambatan, stabilitas kapal, dan dinamika gerak kapal (seakeeping). Kapal lambung tunggal cenderung memiliki hambatan yang besar dan kurang stabil tetapi menunjukan kareteristik seakeeping yang sangat baik. Sementara itu, kapal lambung banyak (trimaran) mampu menghasilkan hambatan lebih kecil, lebih stabil kearah melintang, tetapi memiliki karateristik seakeeping yang kurang baik terutama bentuk katamaran pada perairan bergelombang (oblique waves). Penelitian ini bertujuan untuk memilih kapal lambung tiga (trimaran) yang optimal untuk perairan tenang dan bergelombang. Perairan Maluku termasuk tipikal perairan yang relatif tenang diantara pulau-pulau yang berdekatan dan sangat bergelombang untuk laut yang terbuka dan jarak antara pula-pulau yang cukup berjauhan. Penelitian difokuskan pada perhitungan hambatan dan dilanjutkan dengan perhitungan seakeeping untuk perairan tenang dan bergelombang. Penelitian tentang hambatan dilakukan dengan teknik CFD menggunakan CFX-code dan penelitian tentang seakeeping dilakukan dengan teknik CFD (ANSYS AQWA) dan pengujian model (eksperimental) di Laboratorium Hidrodinamika FTK-ITS.

Hasil kajian melalui pengujian fisik dan numerik menunjukkan bahwa interferensi komponen hambatan pada lambung trimaran terhadap perubahan jarak antara lambung secara melintang (S/L). Semakin kecil jarak antara lambung trimaran (S/L) maka semakin besar hambatan dan interferensi/interaksi komponen hambatan yang terjadi. Kemudian korelasi yang terlihat antara hambatan dan seakeeping adalah adanya perbedaan karena adanya interferensi semakin besar

(7)

iv

interferensi maka gerakan heave dan pitch semakin berkurang. Namun inteferensi tidak mempengaruhi terhadap gerakan roll. Hasil analisa pengujian dan numerik menunjukkan bahwa pada S/L=0,4 menunjukkan hasil yang sangat baik untuk permorma hambatan dan seakeeping.

Hasil-hasil didapat berupa besaran hambatan dan karateristik seakeeping dari moda kapal trimaran. Selanjutnya dibandingkan dengan published data yang verified dari berbagai referensi. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memperkaya dan memperkuat data base dalam mempresentasikan korelasi hambatan terhadap olah gerak pada lambung kapal trimaran dan selanjutnya dapat diaplikasikan secara lansung dalam perhitungan hambatan dan seakeeping yang digunakan pada tahapan desain (preliminary design).

(8)

v

Study of Resistance and Seakeeping Characteristics of Trimaran

Vessel at Calm and Wavy Waters

Name : Richard Benny Luhulima NRP : 4109 301 701

Promotor : Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc, Ph.D Co-Promotor : Aries Sulisetyono, ST, MA.Sc., Ph.D

ABSTRACT

The use of single hull and many applications for passenger ships have ups and downs where it is related to the resistance and propulsion of ships, the stability of the ship, and the ship motion dynamics (seakeeping). Single hull ships tend to have a huge resistance and less stable but showed excellent seakeeping characteristics. Meanwhile, the multiple hull of ship (trimaran) capable of producing a hitch and the driving force is smaller, more stable towards transverse, but has a characteristic, seakeeping poor especially catamarans in wavy waters shape (oblique waves). This study aims to select three ship hull (trimaran) is optimal for calm and wavy waters. Maluku waters including waters typically relatively calm among the islands adjacent and wavy for the open sea and also the distance between the islands are quite far apart. The study focused on the calculation of the resistance used data from previous studies, and continued with seakeeping calculations for calm waters and wavy. Research on resistance to do with the technique using CFX CFD-code and research on seakeeping done by using CFD (ANSYS AQWA) and testing model (experiment) in Hydrodynamic Laboratory of FTK-ITS.

The study results through physical testing and numerical show that the interference component of a drag on the hull trimaran to changes in the distance between the hull transverse (S/L). The smaller the distance between the hull trimaran (S/L), the greater the obstacles and interference/interaction component of resistances that occur. Then correlation was seen between the resistance and seakeeping are any differences due to their greater interference interference then heave and pitch motions decreases. But the interference did not affect the roll motion. Experiment and numerical analysis results show that the S/L = 0.4 showed excellent results for permorma resistance and seakeeping.

(9)

vi

The results obtained in the form of massive obstacles and seakeeping characteristics of ships mode of trimaran. Furthermore, compared with the published data is verified from various references. The results of this study are expected to enrich and strengthen the correlation data base to present obstacles to navigation on a trimaran hull and can then be applied directly in the calculation of resistance and seakeeping used at the design phase (preliminary design).

(10)

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, bahwa atas berkat Rahmat dan Hidayah-Nya, maka tugas penyusunan Disertasi dengan judul:

“

Studi Karakteristik Hambatan dan Seakeeping Kapal Trimaran

pada Perairan Tenang dan Bergelombang

” dapat diselesaikan dengan

baik untuk persyaratan akademik pada program Doktor Fakultas Teknologi Kelautan, ITS.

Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc., Ph.D selaku Ko-Promotor yang telah meluangkan waktu untuk membimbing mulai dari awal hingga selesainya desertasi ini.

Disertasi ini merupakan rangkaian penelitian yang bertujuan untuk memilih kapal lambung tiga (trimaran) yang optimal untuk perairan tenang dan bergelombang. Perairan Maluku termasuk tipikal perairan yang relatif tenang diantara pulau-pulau yang berdekatan dan sangat bergelombang untuk laut yang terbuka dan jarak antara pula-pulau yang cukup berjauhan. Penelitian difokuskan pada perhitungan hambatan menggunakan data dari penelitian sebelumnya, dan dilanjutkan dengan perhitungan seakeeping untuk perairan tenang dan bergelombang. Penelitian tentang hambatan dilakukan dengan teknik CFD menggunakan CFX-code dan penelitian tentang seakeeping dilakukan dengan teknik CFD (ANSYS AQWA) dan pengujian model (eksperimental) di kolam uji (towing tank). Hasil-hasil yang diharapkan adalah berupa besaran hambatan yang efisien dan karateristik seakeeping dari moda kapal trimaran. Selanjutnya dibandingkan dengan published data yang ada dari berbagai referensi. Kesimpulan akhir dari penelitian ini mencakup perhitungan besarnya hambatan yang efisien dan karateristik sakeeping. Dalam proses penyusunan disertasi ini, penulis memperoleh masukan dan sumbangsih pemikiran dari berbagai pihak, sehingga penulis menyampaikan pengahargaan dan terima kasih sebesar besarnya kepada:

(11)

viii

2. Bapak Prof. Ir. Djauhar Manfaat, M.Sc., Ph.D selaku tim penguji dari internal, Bapak Dr. Ridho Hantoro, ST., MT., selaku tim penguji dari ekternal Fakultas, Bapak Prof. Dr. Ir. Yanuar, M.Eng., M.Sc, selaku tim penguji dari ekternal atas segala saran perbaikan desertasi ini.

3. Bapak Prof. Ir. Djauhar Manfaat, M.Sc., Ph.D., Direktur Program Pascasarjana, ITS, beserta Staf, yang telah mendukung kelancaran program studi.

4. Direktur Program Pascasarjana Fakultas Teknologi Kelautan, ITS, beserta staf, yang telah membantu berbagai kelancaran dukungan pelaksanaan program studi.

5. Rektor UNPATTI, Prof Dr M. J Sapteno SH M.Hum, yang telah memberikan kesempatan dan dukungan untuk mengikuti studi lanjut.

6. Dekan Fakultas Tektik UNPATTI beserta seluruh rekan Staf Pengajar yang telah memberikan dorongan dan motivasi untuk penyelesain studi

7. Dr. Ir. Marcus Tukan dan Ir. J. Nanlohy M.Eng yang selalu membatu dan memberi dukungan moril untuk memperlancar studi.

8. Rekan-rekan kerja di Laboratorium Hidrodinamika FTK-ITS, Surabaya, yang telah membantu pelaksanaan kegiatan eksperimen uji hidrodinamika.

9. Secara khusus terimakasih yang amat tulus dan mendalam kepada kedua kedua orang tua dan kedua mertua. Selanjutnya yang tak terlupakan istri tercinta, Monahelga Latumeten/L; kedua anak tersayang, Vinsa Delia Luhulima, Vrigaria Luhulima dan Krisvando Latumeten dengan ikhlas secara terus menerus memberikan dorongan moril dan do’a, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Disertasi ini.

Akhir kata penulis berharap semoga disertasi ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya di bidang teknologi kelautan.

Surabaya, Desember 2016

(12)

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN i

ABSTRAK iii

ABSTRACT v

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR GAMBAR xvii

DAFTAR SIMBOL xxiii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 8

1.2.1 Interferensi Lambung Trimaran 9

1.2.2 Interferensi Gelombang di antara Lambung Trimaran 10 1.2.3 Interferensi Aliran terhadap Karakteristik Seakeeping 11

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian 11

1.3.1 Tujuan Penelitian 11

1.3.2 Manfaat Penelitian 12

1.4 Batasan Masalah 12

1.5 Orisinalitas dan Kontribusi Penelitian 13

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 15

2.1 Umum 15

2.2 Teori Hambatan Kapal 18

2.2.1 Komponen Hambatan 18

2.2.2 Hambatan Gesek 22

2.2.3 Hambatan Sisa 24

2.2.4 Hambatan Viskos 24

2.2.5 Hambatan Gelombang 24

2.2.6 Hambatan Sibakan Gelombang (Spray Resistance) dan Gelombang Pecah (Wave Breaking)

(13)

x

2.3 Hambatan Kapal Trimaran 25

2.4 Perhitungan dan Pengukuran Hambatan Kapal 26

2.4.1 Analisa Pengujian Hambatan Kapal 28

2.4.2 Analisis CFD (computational fluid dynamic) 29

2.5 Analisa Seakeeping 33

2.6 Response Amplitude Operator 40

2.7 Respon Gerakan Kapal 43

2.8 Spektrum Gelombang JONSWAP 47

2.9 Review Hasil Penelitian Terdahulu 49

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 61

3.1 Umun 61

3.2 Metode Pengujian di Towing Tank 64

3.2.1 Pengujian Hambatan 64

3.2.2 Pengujian Seakeeping 67

3.3 Simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics) 73

3.3.1 ANSYS CFX 73

3.3.2 ANSYS AQWA 75

3.3.2.1 Metode Diferensial Hingga 76

3.3.2.2 Metode Difraksi Hidrodinamika (HMD) Olah Gerak Kapal

76

BAB IV PRESENTASI HASIL PENGUJIAN DAN KOMPUTASI

NUMERIK HAMBATAN 79

4.1 Komputasi Hambatan 79

4.1.1 Hasil Pengujian 79

4.1.2 Perbandingan Pengujian Koefisien Komponen Hambatan

pada Trimaran 83

4.1.3 Hasil Komputasi CFD 85

4.1.4 Perbandingan Komputasi CFD Koefisien Komponen

Hambatan pada Trimaran 93

(14)

xi

4.3 Tekanan (Presure) di antara Lambung 102

BAB V PRESENTASI HASIL PENGUJIAN DAN KOMPUTASI

NUMERIK SEAKEPING 117

5.1 Hasil Pengujian Laboratorium Hidrodinamika 117

5.1.1 Pengujian dengan Kondisi diam (Fr=-0) 117

5.1.2 Perhitungan Pada Kecepatan dinas (Fr=0.21) 121

5.2 Hasil Komputasi Seakeeping CFD 126

5.2.1 Perhitungan dengan posisi diam (v=0) 131

5.2.2 Perhitungan Pada Kecepatan dinas (Fr=0.21) 144

5.3 Root Mean Square 157

5.3.1 RMS pada kondisi diam (Fr=0) 157

5.3.2 RMS pada kondisi Kecepatan dinas (Fr=0.21) 161

BAB VI PEMBAHASAN 165

6.1 Komponen Hambatan Viskos dan Hambatan Gelombang 165 6.2 Pengaruh Konfigurasi Jarak Lambung Secara Melintang (S/L) 166

6.3 Diskusi Hasil Komputasi dan Eksperimen 166

6.3.1 Komponen Hambatan Total 166

6.3.2 Komponen Hambatan Viskos 170

6.3.3 Komponen Hambatan Gelombang 174

6.4 Interferensi Komponen Hambatan 179

6.4.1 Interferensi Hambatan Viskos 180

6.4.2 Interferensi Hambatan Gelombang 181

6.4.3 Validasi CFD 184

6.4.4 Kelemahan Metode CFD 184

6.5 Perbandingan Seakeeping RAO Hasil Pengujian dan Komputasi CFD

185

6.7 Korelasi Hambatan dan Seakeeping 199

BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 207

(15)

xii

7.2 Seakeping 208

7.3 Korelasi antara Hambtan dan Seakeeping 209

7.4 Saran 209

DAFTAR PUSTAKA 211

LAMPIRAN I HASIL SIMULASI HAMBATAN CFD 219

LAMPIRAN II HASIL PENGUJIAN HAMBATAN TOWING TANK 257

LAMPIRAN III HASIL SIMULASI SEAKEEPING CFD 269

LAMPIRAN IV HASIL PENGUJIAN SEAKEEPING TOWING TANK 281

(16)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Persamaan gerakan pada kapal 36

Tabel 2.2 Rangkuman Penelitian 52

Tabel 3.1. Program pengujian (tank test) 71

Tabel 4.1 Program pengujian (tank test) ₈₀

Tabel 4.2 Koefisien Hambatan Total (Pengujian) ₈₀

Tabel 4.3. Koefisien Hambatan Viskos (Pengujian) ₈₁

Tabel 4.4 Koefisien Hambatan Gelombang (Pengujian) ₈₁

Tabel 4.5. Katerakteristik jumlah mesh dan node ₈₉

Tabel 4.6. Grid independence pada CFD ₉₀

Tabel 4.7. Koefisien hambatan total (CFD) ₉₀

Tabel 4.8. Koefisien hambatan viskos (CFD) ₉₁

Tabel 4.9. Koefisien hambatan Gelombang (CFD) ₉₁

Tabel 4.10 Koefisien Hambatan Kapal Trimaran S/L=0,2 ₉₅ Tabel 4.11 Koefisien Hambatan Kapal Trimaran S/L=0,3 ₉₇ Tabel 4.12 Koefisien Hambatan Kapal Trimaran S/L=0,4 ₉₉ Tabel 4.13 Koefisien Hambatan Kapal Trimaran S/L=0,5 ₁₀₁

Tabel 4.14 Distribusi tekanan pada Fr = 0,15 ₁₀₃

Tabel 4.17 Distribusi tekanan pada Fr = 0,21 ₁₀₄

Tabel 4.20 Distribusi tekanan pada Fr = 0,27 ₁₀₅

Tabel 5.1 RAO S/L=0,2 pada Fr=0 (Pengujian) ₁₁₇

Tabel 5.2 RAO S/L=0,3 pada Fr=0 (Pengujian) ₁₁₈

Tabel 5.3 RAO S/L=0,4 pada Fr=0 (Pengujian) ₁₁₈

(17)

xiv

Tabel 5.5 RAO S/L=0,2 pada Fr=0,21 (Pengujian) ₁₂₂

Tabel 5.6 RAO S/L=0,3 pada Fr=0,21 (Pengujian) ₁₂₂

Tabel 5.7 RAO S/L=0,4 pada Fr=0,21 (Pengujian) ₁₂₃

Tabel 5.8 RAO S/L=0,5 pada Fr=0,21 (Pengujian) ₁₂₃

Tabel 5.9 Titik Point Mass ₁₂₈

Tabel 5.10 Meshing ₁₂₉

Tabel 5.11 set up gelombang ₁₃₀

Tabel 5.12 set up Kecepatan Kapal ₁₃₀

Tabel 5.13 RAO Heave dengan S/L=0,2 pada Fr=0 ₁₃₁

Tabel 5.14 RAO Pitch dengan S/L=0,2 pada Fr=0 ₁₃₂

Tabel 5.15 RAO Roll dengan S/L=0,2 pada Fr=0 ₁₃₂

Tabel 5.16 RAO Heave dengan S/L=0,3 pada Fr=0 ₁₃₅

Tabel 5.17 RAO Pitch dengan S/L=0,3 pada Fr=0 ₁₃₅

Tabel 5.18 RAO Roll dengan S/L=0,3 pada Fr=0 ₁₃₆

Tabel 5.19 RAO Heave dengan S/L=0,4 pada Fr=0 ₁₃₈

Tabel 5.20 RAO Pitch dengan S/L=0,4 pada Fr=0 ₁₃₈

Tabel 5.21 RAO Roll dengan S/L=0,5 pada Fr=0 ₁₃₉

Tabel 5.22 RAO Heave dengan S/L=0,5 pada Fr=0 ₁₄₁

Tabel 5.23 RAO Pitch dengan S/L=0,5 pada Fr=0 ₁₄₁

Tabel 5.24 RAO Roll dengan S/L=0,5 pada Fr=0 ₁₄₃

Tabel 5.25 RAO Heave dengan S/L=0,2 pada Fr=0,21 ₁₄₄

Tabel 5.26 RAO Pitch dengan S/L=0,2 pada Fr=0,21 ₁₄₅

Tabel 5.27 RAO Roll dengan S/L=0,2 pada Fr=0,21 ₁₄₅

Tabel 5.28 RAO Heave dengan S/L=0,3 pada Fr=0,21 ₁₄₇

Tabel 5.29 RAO Pitch dengan S/L=0,3 pada Fr=0,21 ₁₄₈

Tabel 5.30 RAO Roll dengan S/L=0,3 pada Fr=0,21 ₁₄₈

Tabel 5.31 RAO Heave dengan S/L=0,4 pada Fr=0,21 ₁₅₀

Tabel 5.32 RAO Pitch dengan S/L=0,4 pada Fr=0,21 ₁₅₁

Tabel 5.33 RAO Roll dengan S/L=0,4 pada Fr=0,21 ₁₅₁

Tabel 5.34 RAO Heave dengan S/L=0,5 pada Fr=0,21 ₁₅₃

Tabel 5.35 RAO Pitch dengan S/L=0,5 pada Fr=0,21 ₁₅₄

(18)

xv

Tabel 5.37 RMS pada Fr = 0 (Pengujian) ₁₅₇

Tabel 5.38 RMS pada Fr = 0 (Pengujian) ₁₅₇

Tabel 5.39 RMS dengan S/L=0,2 pada Fr = 0 ₁₅₈

Tabel 5.43 RMS dengan S/L=0,2 pada Fr = 0,21 ₁₆₀

Tabel 5.44 RMS dengan S/L=0,3 pada Fr = 0,21 ₁₆₁

Tabel 5.45 RMS dengan S/L=0,4 pada Fr = 0,21 ₁₆₁

Tabel 5.46 RMS dengan S/L=0,5pada Fr = 0,21 ₁₆₂

Tabel 6.1 Perbandingan Koefisien Hambatan Total pada S/L = 0,2 ₁₆₉ Tabel 6.2 Perbandingan Koefisien Hambatan Total pada S/L = 0,3 ₁₆₉ Tabel 6.3 Perbandingan Koefisien Hambatan Total pada S/L = 0,4 ₁₇₀ Tabel 6.4 Perbandingan Koefisien Hambatan Total pada S/L = 0,5 ₁₇₀ Tabel 6.5 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos pada S/L = 0,2 ₁₇₃ Tabel 6.6 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos pada S/L = 0,3 ₁₇₃ Tabel 6.7 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos pada S/L = 0,4 ₁₇₄ Tabel 6.8 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos pada S/L = 0,5 ₁₇₄ Tabel 6.9 _{Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang pada S/L = 0,2 177} Tabel 6.10 _{Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang pada S/L = 0,3 177} Tabel 6.11 _{Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang pada S/L = 0,4 178} Tabel 6.12 _{Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang pada S/L = 0,5 178} Tabel 6.13 Nilai interfrensi viskos untuk trimaran (Eksperimen) ₁₈₀

Tabel 6.14 Nilai interfrensi viskos untuk trimaran (CFD) ₁₈₁

Tabel 6.15 Nilai interfrensi gelombang untuk trimaran (Eksperimen) ₁₈₂

Tabel 6.16 Nilai interfrensi gelombang untuk trimaran (CFD) ₁₈₃

Tabel 6.17 Perbandingan RAO Trimaran S/L = 0,2, sudut heading 00 ₁₈₆ Tabel 6.18 Perbandingan RAO Trimaran S/L = 0,2, sudut heading 1800

188 Tabel 6.19 Perbandingan RAO Trimaran S/L = 0,3, sudut heading 00

(19)

xvi

Tabel 6.22 Perbandingan RAO Trimaran S/L = 0,4, sudut heading 1800

197

Tabel 6.25 Koefisien hambatan total ₁₉₉

Table 6.26 RAO Tirmaran dengan gelombang 0 derajat ₂₀₀

Table 6.27 RAO Tirmaran dengan gelombang 180 derajat ₂₀₀

Tabel 6.28 Korelasi CT dan RMS Heave ₂₀₁

Tabel 6.29 Korelasi CT dan RMS Pitch ₂₀₂

Tabel 6.30 Korelasi CT dan RMS Roll ₂₀₃

Tabel 6.31 Optimasi Trimaran ₂₀₄

(20)

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Kapal penumpang monohull, (wikipedia, 2010) 2 Gambar 1.2. Kapal penumpang katamaran (high speed catamaran),

(wikipedia, 2009) 3

Gambar 1.3 Perahu tradisional trimaran, (wikipedia, 2008) 4 Gambar 1.4. Kapal perang trimaran (fregat), (wikipedia, 2010) 4 Gambar 1.5. Kapal penumpang trimaran, (wikipedia, 2010) 5 Gambar 1.6. Advance marine vehicle, (Papanikolaou dkk,2005) 6

Gambar 1.7. Peta Kepulauan Maluku 7

Gambar 1.8 Pelayaran (a) Jarak dekat, (b) Jarak jauh 7 Gambar 2.1. Desain spiral proses perancangan kapal (Evans, 1957) 15 Gambar 2.2. Desain spiral proses perancangan kapal, (Pedatzur, 2004) 16 Gambar.2.3. Diagram komponen hambatan kapal, (Couser dkk, 1997). 20 Gambar 2.4. Diagram komponen hambatan kapai, (Molland, 2008). 21

Gambar 2.5 Model gaya pada elemen CFD 31

Gambar 2.6. Model aliran: (a) volume kontrol (control volume), (b) elemen kecil takberhingga (infinitesimal fluid element).

32 Gambar. 2.7 Analog respons kapal terhadap pengaruh dari luar 35

Gambar. 2.8 Derajat kebebasan pada kapal 36

Gambar 2.9 Response Amplitude Operators (Bhattacharyya, 1978) 42

Gambar 3.1 Diagram alur penelitian ₆₂

Gambar 3.2 Alat ukur stain gage satu sumbu. ₆₆

Gambar 3.3. Sketsa towing tank ₆₆

Gambar 3.4 Towing tank ₆₇

Gambar 3.5 Wave Maker ₆₈

Gambar 3.6 Sketsa wave maker ₆₉

Gambar 3.7 arah gelombang 00

69 Gambar 3.8 arah gelombang 1800

70

(21)

xviii

Gambar 3.10 Body Plan Kapal Trimaran (a) Mainhull (b) Sidehull ₇₁

Gambar 3.11 Konfigurasi trimaran model S/L=0.2 ₇₁

Gambar 3.12 Konfigurasi trimaran model S/L=0.3 ₇₂

Gambar 3.15 Diagran komputasi pada program ANSYS CFX ₇₅ Gambar 3.16 Diagran komputasi pada program ANSYS AQWA ₇₇

Gambar 4.1. Koefisien hambatan total kapal trimaran dengan variasi

jarak antar lambung ₈₂

Gambar 4.2 Koefisien hambatan viskos kapal trimaran dengan variasi

jarak antar lambung ₈₂

Gambar 4.3 Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0.2

(Pengujian) ₈₃

Gambar 4.4 Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0.3

(Pengujian) ₈₄

Gambar 4.5. Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0.4

(Pengujian) ₈₄

Gambar 4.6. Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0.5

(Pengujian) ₈₅

Gambar 4.7. Konvergensi proses iterasi pada CFD ₈₇

Gambar 4.8. Initial computational domain pada CFD ₈₈

Gambar 4.9. Meshing hull pada CFD ₈₈

Gambar 4.10. Grid independence pada CFD. ₈₉

Gambar 4.11. Koefisien hambatan total kapal trimaran dengan variasi

jarak antar lambung ₉₂

Gambar 4.12. Koefisien hambatan viskos kapal trimaran dengan variasi

jarak antar lambung ₉₂

Gambar 4.13. Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0,2 (CFD) ₉₃ Gambar 4.14. Interferensi viskos Trimaran S/L = 0,2 ₉₄ Gambar 4.15. Interferensi gelombang Trimaran S/L = 0,2 ₉₄ Gambar 4.16. Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0,3 (CFD) ₉₅

(22)

xix

Gambar 4.17. Interferensi viskos Trimaran S/L = 0,3 ₉₆ Gambar 4.18. Interferensi gelombang Trimaran S/L = 0,3 ₉₆ Gambar 4.19. Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0,4 (CFD) ₉₈ Gambar 4.20 Interferensi viskos Trimaran S/L = 0,4 ₉₈ Gambar 4.21 Interferensi gelombang Trimaran S/L = 0,4 ₉₉ Gambar 4.22 Koefisien komponen hambatan trimaran, S/L=0,4 (CFD) ₁₀₀ Gambar 4.23 Interferensi viskos Trimaran S/L = 0,4 ₁₀₀ Gambar 4.24 Interferensi gelombang Trimaran S/L = 0,4 ₁₀₁ Gambar 4.25 Konfigurasi posisi pengukuran kecepatan aliran dan

tekanan pada lambung ₁₀₂

Gambar 4.26 Tekanan di antara lambung (Inner) dan di luar lambung

(Outer) pada rasio jarak lambung S/L=0.2. ₁₀₅

Gambar 4.27 Tekanan di antara lambung (Inner) dan di luar lambung

(Outer) pada rasio jarak lambung S/L=0.3. ₁₀₉

Gambar 4.28. Tekanan di antara lambung (Inner) dan di luar lambung

(Outer) pada rasio jarak lambung S/L=0.4 ₁₁₁

Gambar 4.29. Tekanan di antara lambung (Inner) dan di luar lambung

(Outer) pada rasio jarak lambung S/L=0.5 ₁₁₅

Gambar 5.1 RAO pada S/L=0,2 (Pengujian) ₁₁₇

Gambar 5.2 RAO pada S/L=0.3 (Pengujian) ₁₁₈

Gambar 5.3 RAO pada S/L=0.4 (Pengujian) ₁₁₈

Gambar 5.4 RAO pada S/L=0.5 (Pengujian) ₁₁₉

Gambar 5.5 RAO S/L=0,2 pada Fr=0,21 ₁₂₂

Gambar 5.6 RAO S/L=0,3 pada Fr=0,21 ₁₂₂

Gambar 5.7 RAO S/L=0,4 pada Fr=0,21 ₁₂₃

Gambar 5.8 RAO S/L=0,5 pada Fr=0,21 ₁₂₃

Gambar 5.9 Model trimaran pada Design Modeller ₁₂₄

Gambar 5.10 Slice pada sarat ₁₂₅

Gambar 5.11 Penentuan titik gravitasi dan Kedalam air yang

dikehendaki 126

(23)

xx

Gambar 5.13 set-up Model ₁₂₈

Gambar 5.14 RAO Heave pada S/L=0,2 dengan Fr = 0 ₁₃₁ Gambar 5.15 RAO Pitch pada S/L=0,2 dengan Fr = 0 ₁₃₁

Gambar 5.16 RAO Roll pada S/L=0,2 dengan Fr = 0 ₁₃₂

Gambar 5.17 RAO Heave pada S/L=0,3 dengan Fr = 0 ₁₃₄ Gambar 5.18 RAO Pitch pada S/L=0,3 dengan Fr = 0 ₁₃₅

Gambar 5.19 RAO Roll pada S/L=0,3 dengan Fr = 0 ₁₃₅

Gambar 5.20 RAO Heave pada S/L=0,4 dengan Fr = 0 ₁₃₇ Gambar 5.21 RAO Pitch pada S/L=0,4 dengan Fr = 0 ₁₃₈

Gambar 5.22 RAO Roll pada S/L=0,4 dengan Fr = 0 ₁₃₈

Gambar 5.23 RAO Heave pada S/L=0,5 dengan Fr = 0 ₁₄₀ Gambar 5.24 RAO Pitch pada S/L=0,5 dengan Fr = 0 ₁₄₁

Gambar 5.25 RAO Roll pada S/L=0,5 dengan Fr = 0 ₁₄₁

Gambar 5.26 RAO Heave pada S/L=0,2 dengan Fr = 0,21 ₁₄₆ Gambar 5.27 RAO Pitch pada S/L=0,2 dengan Fr = 0,21 ₁₄₆ Gambar 5.28 RAO Roll pada S/L=0,2 dengan Fr = 0,21 ₁₄₇ Gambar 5.29 RAO Heave pada S/L=0,3 dengan Fr = 0,21 ₁₅₂ Gambar 5.30 RAO Pitch pada S/L=0,3 dengan Fr = 0,21 ₁₅₂ Gambar 5.31 RAO Roll pada S/L=0,3 dengan Fr = 0,21 ₁₅₂ Gambar 5.32 RAO Heave pada S/L=0,4 dengan Fr = 0,21 ₁₅₂ Gambar 5.33 RAO Pitch pada S/L=0,4 dengan Fr = 0,21 ₁₅₂ Gambar 5.34 RAO Roll pada S/L=0,4 dengan Fr = 0,21 ₁₅₃ Gambar 5.35 RAO Heave pada S/L=0,5 dengan Fr = 0,21 ₁₅₅ Gambar 5.36 RAO Pitch pada S/L=0,5 dengan Fr = 0,21 ₁₅₅ Gambar 5.37 RAO Roll pada S/L=0,5 dengan Fr = 0,21 ₁₅₆

Gambar 5.38 RMS Heave pada Fr = 0 ₁₅₉

Gambar 5.39 RMS Pitch pada Fr = 0 ₁₆₀

Gambar 5.40 RMS Roll pada Fr = 0 ₁₆₀

Gambar 5.41 RMS Heave pada Fr = 0,21 ₁₆₂

Gambar 5.42 RMS Pitch pada Fr = 0,21 ₁₆₃

(24)

xxi

Gambar 6.1 Perbandingan Koefisien Hambatan Total S/L = 0,2 ₁₆₇ Gambar 6.2 Perbandingan Koefisien Hambatan Total S/L = 0,3 ₁₆₇ Gambar 6.3 Perbandingan Koefisien Hambatan Total S/L = 0,4 ₁₆₈ Gambar 6.4 Perbandingan Koefisien Hambatan Total S/L = 0,5 ₁₆₈ Gambar 6.5 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos S/L = 0,2 ₁₇₁ Gambar 6.6 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos S/L = 0,3 ₁₇₁ Gambar 6.7 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos S/L = 0,4 ₁₇₂ Gambar 6.8 Perbandingan Koefisien Hambatan Viskos S/L = 0,5 ₁₇₂ Gambar 6.9 Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang S/L = 0,2 ₁₇₅ Gambar 6.10 Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang S/L = 0,3 ₁₇₅ Gambar 6.11 Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang S/L = 0,4 ₁₇₆ Gambar 6.12 Perbandingan Koefisien Hambatan Gelombang S/L = 0,5 ₁₇₆ Gambar 6.13 Interferensi hambatan viskos untuk jarak melintang (S/L)

(Eksperimen) 180

Gambar 6.14 Interferensi hambatan viskos untuk jarak melintang (S/L)

(CFD) 181

Gambar 6.15 Interferensi hambatan Gelombang untuk jarak melintang

(S/L) (Eksperimen) 182

Gambar 6.16 Interferensi hambatan gelombang untuk jarak melintang

(S/L) (CFD) 183

Gambar 6.17 Harga y+ ₁₈₄

Gambar 6.18 Grafik Perbandingan RAO Heave S/L = 0,2 dengan arah

gelombang 00 187

Gambar 6.19 Grafik Perbandingan RAO Pitch S/L = 0,2 dengan arah

gelombang 00 187

Gambar 6.20

Grafik Perbandingan RAO Heave S/L = 0,2 dengan arah

gelombang 1800 188

gelombang 1800 189

(25)

xxii

gelombang 00 190

gelombang 1800 191

gelombang 1800 192

gelombang 00 193

gelombang 1800 194

gelombang 1800 195

gelombang 00 196

gelombang 1800 197

gelombang 1800 198

Gambar 6.34 Koefisien hambatan total kapal trimaran dengan variasi

jarak antar lambung 199

Gambar 6.35 Korelasi CTdan RMS Heave 202

Gambar 6.36 Korelasi CT dan RMS Pitch 203

Gambar 6.37 Korelasi CT dan RMS Roll 204

Gambar 6.38 Optimasi Variasi Trimaran ₂₀₅

(26)

xxiii

DAFTAR SIMBOL

L, LWL Panjang garis air b Lebar lambung demihull B Lebar lambung trimaran

Cb Koefisien blok

CF Koefisien hambatan gesek CR Koefisien hambatan sisa CT Koefisien hambatan total CV Koefisien hambatan viskos CW Koefisien hambatan gelombang CFD Computational of Fluid Dynamics

Fr Bilangan Froude

IF Faktor interferensi komponen hambatan ITTC International Towing Tank Conference k Form factor

LCB Longitudinal center of buoyancy

P Tekanan

T Sarat air

∇ Volume lambung (demihull) Δ Displasmen (berat lambung di air) RAO Response Aplitude Operator H (ω) Fungsi Respon

output signal gelombang

(27)

xxiv

(28)

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam 40 tahun terakhir telah terjadi peningkatan kebutuhan akan kapal-kapal penumpang dan kargo ditinjau dari aspek hambatan dan tenaga penggerak yang semakin efisien sehingga mampu mengurangi kebutuhan energi, terutama bahan bakar minyak (BBM) yang bersumber dari energi fosil. Selain itu, faktor dinamika gerak kapal (seakeeping) yang menggambarkan kemampuan dan kenyamanan kapal ketika beroperasi di laut tenang (calm water) dan perairan bergelombang (oblique seas) juga memperoleh perhatian yang sangat penting. Berbagai bentuk dan konfigurasi kapal kemudian dikembangkan dan meliputi bentuk-bentuk kapal lambung tunggal (monohull), kapal lambung ganda (twinhull, catamaran), dan kapal lambung banyak (multihull). Penelitian tentang berbagai bentuk badan kapal tersebut dilakukan di berbagai negara, antara lain dilaporkan di dalam Turner dan Taplin (1968) menjelaskan perhitungan tenaga penggerak kapal katamaran ukuran besar, Larsson dan Baba (1969) membahas pembagian komponen hambatan kapal, Pien (1976), Miyazawa (1979) dan Liu dan Wang (1979) menjelaskan penenentuan hambatan interferensi kapal katamaran, Insel dan Molland (1992) melakukan penelitian sistematis menggunakan model NPL dan series-64 dan mengusulkan formulasi matematis perhitungan hambatan kapal katamaran, Utama (1999) menjelaskan perhitungan hambatan kapal katamaran secara eksperimental dan numerik, dan Utama dkk (2008) membahas perhitungan hambatan kapal katamaran dan trimaran untuk aplikasi penumpang di perairan sungai secara eksperimental.

Ketiga moda kapal tersebut umumnya dibangun untuk aplikasi kapal penumpang (ferries), sarana olahraga (sporting craft) dan kapal riset oseanografi (oceanographic research vessels) (Utama, 2008). Dari ketiga jenis tipe kapal tersebut, masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan yang perlu diperhatikan ketika kita akan mempergunakannya. Kapal-kapal berbadan tunggal (monohull) memang telah ada sejak dahulu dan telah banyak digunakan untuk

(29)

2

aplikasi kapal-kapal penumpang, pengangkut kontainer dan kargo cair, kapal perang, dan lain-lain. Bentuk lambung tunggal (monohull) antara lain dapat dilihat pada Gambar 1.1.

Kira-kira sejak 30 tahun terakhir, perkembangan dan permintaan terhadap tipe kapal-kapal (multihulls) semakin meningkat. Kapal-kapal jenis ini apabila dibandingkan dengan kapal-kapal berbadan tunggal (monohulls) mempunyai beberapa kelebihan antara lain tata letak akomodasi yang lebih menarik, adanya peningkatan stabilitas melintang dan dalam sejumlah kasus mampu mengurangi kapasitas tenaga penggerak kapal untuk mencapai kecepatan dinas tertentu. Penggunaan kapal katamaran pada umumnya adalah untuk kapal penumpang cepat dimana lambung yang ramping (slender) memungkinkan adanya pengurangan hambatan sebagai akibat dari berkurangnya luas permukaan basah badan kapal dan selanjutnya menghasilkan kapasitas motor induk (main engine) yang lebih kecil dan konsumsi BBM yang lebih efisien serta lebih ramah lingkungan.

Gambar 1.1. Kapal penumpang monohull, (wikipedia, 2010)

Secara ekonomis, data dan fakta ini menunjukkan bahwa biaya operasional kapal katamaran dapat menjadi lebih murah dibandingkan sebuah kapal berbadan tunggal yang setara. Keuntungan yang sama dipercaya dapat diaplikasikan pada pengoperasian kapal – kapal penumpang yang tidak membutuhkan kecepatan terlalu tinggi seperti untuk angkutan sungai dan kapal-kapal penyeberangan untuk

(30)

3

menggantikan peranan feri roro berbadan tunggal yang disinyalir bermasalah dengan persoalan stabilitas dan keselamatan (Utama dkk, 2009). Suatu hal yang membuat kapal katamaran menjadi populer dan sukses digunakan dalam moda transportasi adalah tersedianya area geladak (deck area) yang lebih luas, tingkat stabilitas yang lebih nyaman dan aman (Seif, 2004, dan Zouridakis, 2005). Contoh dari sebuah kapal katamaran diperlihatkan pada Gambar 1.2.

Kapal katamaran memiliki sarat air yang rendah sehingga kapal ini dapat dioperasikan pada perairan dangkal dan kemudian bentuk lambung yang langsing (slender) dapat memperkecil timbulnya sibakan air (wavewash) dibanding kapal lambung tunggal (monohull). Konsep kapal katamaran paling banyak dipilih dan mendapatkan perhatian karena sejumlah kelebihannya antara lain memiliki luasan geladak yang lebih besar dan stabilitas melintang yang lebih baik dibandingkan kapal berbadan tunggal (Insel dan Mollland, 1992). Sejumlah hasil penelitian memperlihatkan bahwa konfigurasi kapal katamaran dapat memperbaiki karakteristik hambatan kapal seperti yang dilakukan oleh Matsui dkk (1993), Molland dan Utama (1997), Couser dkk (1997), Couser dkk (1998), Molland dkk (2000), dsn Utama (2006). Keberadaan 2 lambung (demihull) yang saling berdekatan pada jarak tertentu telah menimbulkan apa yang disebut hambatan interaksi atau interferensi dimana efeknya dapat menguntungkan atau malahan merugikan kapal itu sendiri. Fenomena menarik lainnya adalah perilaku gerakan kapal akibat pengaruh gelombang yang lebih popular disebut seakeeping. Sejumlah hasil penelitian memperlihatkan bahwa konfigurasi kapal katamaran dapat memperbaiki kualitas seakeeping kapal (Wellicome dkk, 1998).

Gambar 1.2. kapal penumpang katamaran (high speed catamaran), (wikipedia, 2009)

(31)

4

Di samping kedua bentuk lambung kapal monohull dan katamaran, bentuk lambung kapal berbadan tiga (trimaran) juga mengalami perkembangan yang cukup pesat di seluruh dunia pada saat ini. Istilah trimaran dalam abad ke-20 diyakini berhubungan dengan kata ‘tri’ dan ‘(cata) maran’ dimana diketahui pertama kali dikembangkan oleh Victor Thechet, perintis dan perancang kapal-kapal berbadan banyak (multihulls) kelahiran Ukrainia. Namun demikian, kapal trimaran (tradisional) dipercaya pertama kali dibangun oleh suku bangsa Polynesia di Pasifik Selatan kira-kira 4.000 tahun yang lalu. Popularitas kapal katamaran dan trimaran, terutama sebagai kapal layar, berkembang pada tahun 1960an dan 1970an.

Contoh aplikasi kapal tradisional trimaran diperlihatkan pada Gambar 1.3. Selanjutnya, dalam konteks kapal modern aplikasi trimaran diawali pada kapal perang (lihat contoh Gambar 1.4) dengan pertimbangan kualitas stabilitas dan seakeeping yang lebih baik, dan belakangan berkembang untuk aplikasi kapal penumpang (lihat contoh Gambar 1.5).

Gambar 1.3. Perahu tradisional trimaran, (wikipedia, 2008)

(32)

5

Gambar 1.5. Kapal penumpang trimaran, (wikipedia, 2010)

Pada saat ini ketika pertumbuhan ekonomi meningkat dan didukung oleh program tol laut dan perwujudan Indonesia sebagai poros maritim dunia, maka kebutuhan akan kapal sangatlah besar bagi negara-negara kepulauan seperti halnya negara Indonesia yang merupakan salah satu negara kepulauan terbesar yang dikelilingi oleh beribu-ribu pulau yang terbentang di wilayah perairan Nusantara.

Papanikolaou dkk (2005) memberikan data perbandingan kebutuhan untuk masing-masing tipe kapal seperti disajikan pada Gambar 1.6. Terlihat dengan jelas tipe katamaran mendominasi kebutuhan akan kapal-kapal modern kira-kira 34%. Kebutuhan tipe kapal trimaran digologkan ke kelompok tidak dikenal (unknown) dan kebutuhannya relatif kecil (0.5%). Seiring dengan perkembangan jaman dan perbaikan sistem transportasi global maka kebutuhan akan kapal trimaran menunjukkan kecenderungan meningkat terutama untuk fungsi kapal perang dan kapal penumpang (Kurultay, 2003).

(33)

6

Gambar 1.6. Advance marine vehicle, (Papanikolaou dkk,2005)

Seperti halnya kapal katamarn, maka kapal trimaran juga memiliki karakteristik hambatan dan gerak kapal (seakeeping) yang sangat baik, sehingga selain efisien dalam konteks konsumsi bahan bakar, kapal trimaran juga memiliki tingkat kenyamanan yang tinggi.

Moda kapal trimaran sangat layak dioperasikan di perairan Indonesia, meliputi perairan tertutup (danau dan sungai), terbatas (selat, antar pulau yang berdekatan), dan terbuka (misalnya Laut Jawa dan Laut Arafura). Contoh aplikasi pada perairan terbatas dan terbuka adalah wilayah Kepulauan Maluku. Perairan Maluku memiliki dua zona laut yang berbeda karateristik yaitu laut terbatas yang masih dikatagorikan laut tenang karena tinggi gelombang masih di bawah 1 meter dan perairan laut terbuka dengan tinggi gelombang dapat mencapai ketinggian 3-5 meter (BMKG Maluku, 2014). disertai dengan kondisi cuaca yang sangat ekstrim dan cepat berubah sehingga menyebabkan ketidaknyamanan dan selanjutnya dapat mengancam keselamatan jiwa di laut.

Dengan jarak antara pulau yang bervariasi, dimana ada yang dekat dan ada pula yang sangat jauh jaraknya, sehingga untuk menjangkau satu pulau ke pulau lain dapat melewati perairan terbatas dan bisa juga melewati laut terbuka. Gambar 1.7 menggambarkan kondisi alur perairan Maluku serta letak geografis dan posisi dari pulau-pulau yang terbentang pada kepulauan Maluku. Selanjutnya, Gambar 1.8a menggambarkan contoh pelayaran jarak dekat dan Gambar 1.8b memperlihatkan contoh pelayaran jarak jauh. Kedua jarak pelayaran yang berbeda tersebut menggambarkan kondisi gelombang yang berbeda, dimana pada jarak

(34)

7

dekat tinggi gelombang rata-rata berkisar 0-1 m atau berada pada sea state 0-2 dan pada pelayaran jauh tinggi gelombang di atas 1 m dan bahwa dapat mencapai 3-4 m atau berada pada sea state 3 ke atas (Bhattacaryya, 1978 dan Rawson dan Tupper, 2001).

Gambar 1.7. Peta Kepulauan Maluku

Gambar 1.8 Pelayaran (a) Jarak dekat, (b) Jarak jauh

Besarnya permintaan akan kapal untuk memenuhi kebutuhan transportasi laut di Kepulauan Maluku (Provisi Maluku dan Maluku Utara), menuntut tersedianya kapal dari berbagai tipe dan bentuk dalam jumlah yang memadai. Kapal-kapal

(35)

8

tersebut dapat berupa kapal tipe displasemen dan semi-displasemen (planning). Menurut catatan dari Direktorat Jenderal Perhubungan Laut (2014), sebagian besar kapal yang beroperasi di Perairan Maluku mempunyai panjang (LBP) di bawah 60 meter. Kapal-kapal tersebut, sebagian besar, tidak dapat beroperasi secara maksimal pada kondisi cuaca yang tidak menguntungkan (severe weather) terutama pada bulan April sampai Juni dan bulan Oktober sampai Desember dimana tinggi gelombang mencapai 3-5 meter (BMKG Maluku 2014). Disertasi ini dimaksudkan untuk meneliti karakteristik moda kapal trimaran yang layak dioperasikan pada perairan terbatas dan terbuka seperti Perairan Maluku. Aspek yang diteliti adalah persoalan hambatan (resistance) dan dinamika kapal (seakeeping) dan dilaksanakan melalui kajian empiris, pengujian model di towing tank, dan pengembangan model numerik berbasis computational fluid dynamics (CFD).

1.2. Perumusan Masalah

Penggunaan moda kapal lambung banyak (katamaran dan trimaran) tumbuh pesat sejak 30 tahun terakhir terutama untuk aplikasi kapal penumpang (Murdijanto dkk, 2010). Kapal-kapal ini dibangun dan dikembangkan di berbagai negara sebagai kapal displasemen penuh dan kapal tipe semi-displasemen atau planning (mengalami gaya angkat ketika kecepatan dan angka Froude kapal meningkat).

Karakteristik kapal yang umumnya ditinjau adalah penentuan hambatan kapal dimana selanjutnya berguna untuk menentukan besarnya tenaga penggerak dan ukuran serta kapasitas mesin induk kapal. Selanjutnya diketahui bahwa moda katamaran dan trimaran memiliki fenomena dan karakteristik hambatan yang lebih kompleks dibandingkan dengan moda monohull, dalam hal ini adanya fenomena interferensi di antara lambung kapal katamaran dan trimaran.

Fenomena interferensi di antara lambung katamaran telah diformulasikan dengan sangat baik oleh Insel dan Molland (1992) dan berbagai penelitian memperkuat fenomena tersebut, antara lain dilaporkan oleh Sahoo dkk (2007), Utama dkk (2009), dan Jamaluddin (2012). Fenomena interferensi tersebut meliputi 2 hal yaitu interferensi hambatan viskos dan interferensi hambatan gelombang. Sementara itu, fenomena interferensi pada kapal trimaran belum

(36)

9

diformulasikan dengan sempurna disebabkan oleh banyaknya konfigurasi dari moda kapal trimaran tersebut. Sejumlah penelitian telah dilakukan dan antara lain dilaporkan oleh Doctors dkk (1995), Murdijanto dkk (2010, Utama dkk (2011), Sahoo (2013), Luhulima dkk (2016a), dan Luhulima dkk (2016b). Aspek lain yang tidak kalah pentingnya adalah tinjauan karakteristik seakeeping kapal. Sejumlah penelitian menjelaskan tentang kualitas seakeeping yang sangat baik untuk trimaran (Doctors dkk, 1995, Murdijanto dkk, 2010, dan Fernandez, 2012), dan Luhulima dkk (2016c).

1.2.1 Interferensi Lambung Trimaran

Aliran air di antara main-hull dan side-hull sebuah trimaran adalah tidak simetris dimana hal ini disebabkan akibat timbulnya interaksi atau interferensi aliran di antara lambung penyusun trimaran tersebut. Dalam hal ini, besar tekanan yang timbul di sekitar lambung adalah relatif tidak simetri terhadap garis tengah (centre line) masing-masing lambung. Penjelasan tentang hal tersebut adalah sebagai berikut:

(1) Usikan kecepatan aliran di sekitar lambung meningkat terutama di sisi tengah sebagai akibat dari efek venturi. Penambahan kecepatan menyebabkan peningkatan hambatan gesek (skin friction).

(2) Cross-flow dapat terjadi di bawah lambung dimana dapat menimbulkan komponen hambatan induksi (induced drag). Penelitian dari Miyazawa (1979) pada kapal katamaran memperlihatkan pengaruh yang kecil dari cross-flow dibandingkan dengan pengaruh usikan karena peningkatan kecepatan. (3) Karena ketinggian gelombang di belakang lambung kapal bagian dalam dan

luar adalah berbeda, maka aliran air di bagian belakang tersebut memperlihatkan arah ke dalam atau keluar. Hal ini berdampak pada terjadinya vortices dan spray di bagian belakang lambung dan selanjutnya berkontribusi pada peningkatan komponen hambatan kapal.

(4) Kecepatan aliran bertambah besar di sisi tengah di antara ketiga lambung sehingga dapat mengubah struktur lapisan batas (boundary layer).

(37)

10

(5) Gelombang yang ditimbulkan dari satu lambung terhadap lambung lainnya, dan demikian sebaliknya, berakibat pada perubahan luas bidang basah (wetted surface) dan selanjutnya meningkatkan hambatan gesek (skin friction) kapal.

1.2.2 Interferensi Gelombang di antara Lambung Trimaran

Tiga lambung kapal trimaran yang secara berdampingan melaju pada kecepatan tertentu akan menghasilkan pertemuan 2 moda sistem gelombang di antara ketiga lambung kapal dan selanjutnya mengakibatkan interaksi atau interferensi hambatan gelombang. Penjelasan tentang fenomena interferensi tersebut adalah:

(1) Karena adanya perbedaan tekanan di sekitar lambung kapal, maka gelombang (wave-making) pada lambung akan berubah. Dengan perkataan lain, formasi gelombang dari lambung dapat berbeda dari lambung yang terisolasi.

(2) Karena adanya interaksi gelombang yang ditimbulkan oleh ketiga lambung, maka gelombang melintang dari satu lambung selalu diperkuat oleh gelombang melintang dari lambung lainnya. Pencaran atau sibakan gelombang yang terjadi di daerah haluan (bow) dari lambung yang satu dapat ditiadakan oleh pencaran gelombang di belakang (stern) dari lambung lainnya atau oleh refleksi gelombang haluan dari lambung lainnya.

(3) Refleksi pencaran gelombang dari lambung lainnya tersebut di atas membuat fenomena interferensi dan interaksi menjadi kompleks dan rumit. (4) Gelombang haluan (bow) yang ditimbulkan oleh ketiga lambung bertemu di

garis tengah antara main-hull dengan masing-masing side-hull. Supeposisi dari kedua gelombang tersebut mengakibatkan terjadinya gelombang yang tidak stabil dan bahkan dapat menyebabkan gelombang pecah (wave breaking) di daerah buritan dan sibakan air (spray)di daerah haluan pada kecepatan tinggi.

(5) Aliran air ke arah dalam dan ke arah luar pada bagian belakang lambung (stern) dapat mengubah formasi dan dan konfigurasi gelombang di daerah buritan kapal.

(38)

11

1.2.3. Interferensi Aliran terhadap Karakteristik Seakeeping

Selain berpengaruh terhadap besarnya hambatan kapal, maka interferensi gelombang juga berdampak pada kualitas atau karakteristik seakeeping kapal. Semakin besar lebar dari sebuah kapal maka stabilitas melintang dan gerakan rolling kapal akan semakin baik (Rawson dan Tupper, 2001), dan demikian pula dengan konfigurasi kapal trimaran. Perubahan jarak melintang antara main-hull dengan kedua side-hull dapat memperbaiki stabilitas melintang dan juga gerakan rolling kapal. Namun demikian, perubahan jarak pisah (spacing) antara lambung dapat mengganggu karakteristik rolling kapal. Penelitian yang dilakukan oleh Kurultay (2003) dan Murdijanto dkk (2010) memperlihatkan adanya perbaikan kualitas gerakan rolling ketika jarak pisah antara lambung ditingkatkan.

Dari penjelasan tersebut terlihat dengan jelas bahwa pengaruh interferensi hambatan viskos dan gelombang sangat signifikan pada kapal trimaran. Interferensi hambatan viskos disebabkan oleh aliran air yang tidak simetri (asymmetric flow) di sekitar lambung kapal sehingga memberikan pengaruh pada formasi lapisan batas (boundary layer) dan longitudinal vortices. Sementara itu, interferensi hambatan gelombang diakibatkan oleh adanya interaksi dari gelombang yang ditimbulkan oleh ketiga lambung kapal trimaran. Hal yang sama juga berlaku pada perbaikan kualitas seakeeping kapal yang diakibatkan oleh jarak pisah antara lambung kapal dan interaksi gelombang di antara ketiga lambung.

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.3.1. Tujuan Penelitian

Tujuan umum dari penelitian ini adalah melakukan analisis dan evaluasi karakteristik hidrodinamika moda kapal trimaran ditinjau dari aspek-aspek hambatan dan seakeeping kapal. Tujuan detailnya adalah:

1. Melakukan tinjauan dari state of the art dari karakteristik hambatan dan seakeeping kapal trimaran yang menjadi fokus dari penelitian ini.

(39)

12

3. Mengembangkan pengetahuan tentang karakteristik seakeeping dari moda kapal trimaran pada kondisi perairan tenang (calm water condition) dan perairan bergelombang (oblique waves)

4. Melakukan analisis terhadap karateristik hambatan dan seakeeping kapal dengan melakukan pengujian/eksperimental model kapal untuk moda kapal trimaran dan divalidasi dengan analisis empiris-numerik menggunakan analisis computatational fluid dynamics (CFD).

5. Melakukan studi/analisis komparatif dengan sejumlah published data untuk mengetahui tingkat kebenaran dari metode yang digunakan.

1.3.2. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah untuk:

1. Memberikan masukan dan memperkuat data base bagi perancang kapal, operator kapal dan pemerintah dalam rangka memilih moda kapal yang tepat untuk kondisi perairan tenang dan bergelombang seperti perairan Kepulauan Maluku, terutama ditinjau dari aspek perhitungan hambatan dan karakteristik seakeeping kapal.

2. Mendapatkan metode estimasi hambatan dan karakteristik seakeeping kapal yang sebaik-baiknya sebagai kombinasi dari pelaksanaan uji model kapal dan penggunaan teknik empiris-numerik dan penggunaan software komersial di bidang desain kapal (antara lain Maxsurf).

1.4 Batasan Masalah

Penelitian disertasi ini dilakukan dengan batasan-batasan tertentu dikarenakan keterbatasan alat uji dan perangkat yang digunakan. Batasan yang digunakan dalam penulisan disertasi ini antara lain :

1. Menggunakan model kapal trimaran NPL-4a dengan variasi S/L = 0,2 ; 0,3 ; 0,4 ; 0,5

2. Kecepatan uji (Fr) = 0,15 ; 0,17 ; 0,19 ; 0,21 ; 0,23 ; 0,25 ; 0,27 3. Model dilakukan pengujian pada Seastate 4

4. Pengujian yang dilakukan pada Towing Tank adalah 00₍_{following seas}_{) dan} 1800(head seas) dengan Heave dan Pitch tanpa memperhatikan Roll.

(40)

13

5. Perhitungan prediksi RAO (Response Amplitude Operators) dengan perhitungan numerik ANSYS AQWA meliputi Heave, Pitch dan Roll dengan sudut datang 00 _{(following seas), 45}0 ₍_{follow quartering Seas}_{), 90}0₍_beam seas), 1350₍_{head quartering seas}_{) dan 180}0₍_{head seas}_).

1.5 Orisinalitas dan Kontribusi Penelitian

Penulisan disertasi ini berdasarkan penelitian komprehensif terkait hambatan dan seakeeping pada kapal trimaran displasemen. Penelitian yang dilakukan penulis adalah karya orisinalitas yang belum pernah dilakukan oleh pihak manapun dengan beberapa kategori sebagai berikut :

- Penelitan terdahulu belum pernah meneliti 2 aspek Hambatan dan Seakeeping

secara Komprehensif. Pada penelitian ini membahas secara rinci korelasi Hambatan dan Seakeping

- Variasi yang digunakan jarak antar lambung (S/L) pada kapal Trimaran

(41)

14

(42)

15

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Desain awal dari sebuah kapal umumnya berlangsung melalui tiga tahap:

concept; preliminary; and contract design. Proses desain awal sering digambarkan oleh desain spiral seperti gambar 2.1 (Evans, 1957) yang menunjukkan bahwa tujuan dari desain adalah untuk memperoleh solusi terbaik dengan menyesuaikan dan menyeimbangkan parameter yang saling terkait sebagai fase.

Spiral Design adalah metodologi untuk mengembangkan desain kapal. Kapal adalah sistem yang kompleks dengan variabel yang sangat saling terkait, dan tidak mungkin untuk menghitung faktor-faktor tersebut secara bersamaan. Oleh sebab itu, spiral design menggambarkan proses perbaikan secara berulang untuk memperoleh desain yang efisien. Setiap iterasi perputaran biasa disebut fase. Fase atau siklus dalam setiap putaran digunakan untuk penyempurnaan teknis yang telah dicapai.

(43)

16

Kemudian Pedatzur (2004) melakukan modifikasi terhadap spiral desain kapal (lihat Gambar 2.2), maka terlihat dengan jelas bahwa aspek penting yang perlu diperhatikan adalah persoalan hambatan (resistance) dan dinamika gerak kapal (seakeeping). Persoalan hambatan kapal berkaitan dengan gaya yang dialami oleh kapal untuk mencapai kecepatan tertentu, dimana kemudian berkorelasi dengan besarnya tenaga penggerak kapal untuk mencapai kecepatan tertentu tersebut, misalnya kecepatan dinas 15 knots (Harvald, 1983). Sementara itu, seakeeping adalah persoalan dinamika gerak kapal sebagai akibat dari perlakuan gelombang terhadap sebuah kapal (Bhattacaryya, 1978) dimana kapal akan mengalami gerakan heave, pitch, dan roll.

Gambar 2.2. Desain spiral proses perancangan kapal (Pedatzur, 2004) Persoalan seakeeping memberikan dampak psikologis terhadap penumpang dan awak kapal (ABK). Besar dan kecepatan gerak kapal, terutama gerakan heave, pitch dan roll, menghasilkan dampak yang bertentangan terhadap penumpang dan ABK (Rawson dan Tupper, 2001). Kasus tersebut antara lain meliputi masalah mabuk laut (sea sickness) yang dapat mengurangi kemampuan kerja ABK untuk melaksanakan tugas-tugasnya di atas kapal dan menyebabkan ketegangan (stress) bagi penumpang. Karena itu, analisis seakeeping menjadi sangat penting bagi sebuah kapal penumpang.

(44)

17

Diketahui bahwa kapal displasmen monohull yang konvensional tidak ekonomis pada bilangan Froude sekitar 0,4, dimana umumnya terjadi hump hambatan akibat besarnya gelombang gravitasi pada permukaan air (Zouridakis,2005). Untuk memperkecil hambatan kapal monohull adalah suatu hal yang sulit dicapai karena dibutuhkan lebar kapal yang lebih kecil (atau rasio L/B>>) dengan displasmen tetap, dimana hal ini dapat menurunkan karakteristik stabilitas kapal monohull. Sehingga kapal trimaran menjadi solusi atas problem tersebut, dimana lambung kapal trimaran yang terpisah memiliki bentuk lambung yang tipis/ pipih dapat memperkecil gangguan permukaan air (disturbance on the free surface). Hal ini dengan sendirinya dapat memperkecil hambatan kapal. Disamping itu, dengan konfigurasi lambung yang terpisah akan memberikan momen inersia yang besar sehingga menghasilkan kemampuan stabilitas yang cukup baik dengan sudut akselerasi gerakan rolling yang kecil.

Secara umum, konsep konstruksi kapal trimaran terdiri atas tiga bagian

1. Lambung (hull) sebagai daya apung (bouyancy) dan akomodasi sistim propulsinya.

2. Struktur penghubung (cross structure) sebagai penguat bidang transversal (transversal strength)

3. Bangunan atas (super structure) yang terletak diatas struktur penghubung sebagai geladak.

Disain lambung trimaran merupakan hal yang sangat esensi dari bagian lainnya untuk memprediksi besarnya hambatan dan kebutuhan tenaga mesin pada kapal trimaran. Saat ini, belum banyak dijumpai desain kapal trimaran dengan konfigurasi dan dimensi yang bervariasi, dimana karakteristik disainnya sangat tergantung pada misi dan fungsi operasionalnya.

(45)

18

2.2 Teori Hambatan Kapal 2.2.1 Komponen Hambatan

Seperti diketahui, William Froude adalah orang pertama di dunia yang mengenalkan tata cara meprediksi hambatan kapal yang besar melalui kegiatan uji model kapal dalam skala yang lebih kecil dari kapal sesungguhnya. Atas jasanya, beliau kemudian dijuluki “the father of ship resistance”. Froude menjelaskan bahwa hambatan total kapal terdiri dari hambatan gesek dan hambatan sisa yang didominasi oleh hambatan gelombang. Froude menekankan bahwa hambatan gesek sebuah bentuk kapal adalah sama dengan hambatan gesek dari sebuah pelat datar dengan luas permukaan basah yang sama (1872). Secara matematis, formulasi Froude dinyatakan dalam bentuk koefisien sebagai:

(2.1)

Dimana CT adalah koefisien hambatan total, CF adalah koefisien hambatan gesek,

dan CR adalah koefisien hambatan sisa.

Metode analisa 2-dimensi tersebut dianggap tidak cukup menjelaskan kontribusi bentuk/kontur lambung kapal (3-dimensi) terhadap hambatan kekentalan, sehingga kemudian Hughes (1954) dan Granville (1956) memperkenalkan metode untuk digunakan dalam korelasi model ke kapal dimana total hambatan adalah penjumlahan dari 3 (tiga) komponen:

1. Hambatan gesek (skin friction) adalah gaya tangential stress yang timbul antara molekul air dan kulit badan kapal, yang kemudian dikenal sebagai hambatan bidang permukaan dengan area dan panjang yang sama dengan model.

2. Hambatan bentuk (form) adalah komponen hambatan yang dinyatakan dalam bilangan „1+k‟, dimana merupakan hambatan di luar batas item di atas dalam kasus lambung yang tercelup cukup dalam. Untuk lambung yang streamline pada aliran turbulen, dapat diekspresikan sebanding dengan hambatan gesek. 3. Hambatan free surface sebagai hambatan gelombang (CW) adalah hambatan

(46)

19

perbedaan tekanan pada permukaan (bidang) basah kapal yang selanjutnya menimbulkan wave pattern. Hambatan gelombang merupakan pengurangan hambatan total (CT) dari penjumlahan hambatan gesek (CF) dan hambatan

bentuk (CF0) dari model.

Secara matematis, pernyataan tersebut dirumuskan (dalam bentuk koefisien) sebagai:

( ) (2.2)

Dimana CW adalah koefisien hambatan gelombang, (1+k) adalah faktor

bentuk dan (1+k) CF adalah koefisien hambatan kekentalan dimana selanjutnya

dinyatakan sebagai (1+CV).

Harga CF dihitung dengan garis korelasi ITTC-1957 yang ditetapkan di

Madrid, Spanyol:

 



_log _Re ₂



2 075 . 0   F C (2.3)

Standar internasional dari ITTC (1978) dengan judul “1978 Performance Prediction Method for Simple Single Screw Ships” selanjutnya mengklasifikasikan hambatan kapal di air tenang (calm water), secara praktis, ke dalam 2 (dua) komponen hambatan utama yaitu hambatan kekentalan (viscous resistance) yang merupakan fungsi bilangan Reynolds (Re) dan hambatan gelombang (wave-making resistance) yang merupakan fungsi bilangan Froude (Fr), dimana korelasi kedua komponen hambatan tersebut diperlihatkan pada Persamaan (2.4):

(47)

20

Persamaan (2.2) ditambahkan dengan adanya faktor kekasaran permukaan dan hambatan angin, selanjutnya menghasilkan Persamaan (2.5):

( ) (2.5)

Dimana CF adalah roughness allowance dan CAA adalah hambatan udara

(diasumsikan nol bila tidak ada bangunan atas). ITTC merekomendasikan untuk mendapatkan nilai (1+k) melalui pengukuran pada kecepatan rendah dimana angka Froude (Fr) < 0.22 dan CW mendekati nol (tidak ada separasi aliran)

sehingga (1+k)=CT/CF. Dalam hal ini metode Prohaska (ITTC 2002, Bertram

2000) dapat digunakan seperti terlihat pada Persamaan (2.6)





n

F

T k C aFr

C  1  (2.6)

Cara lain adalah menggunakan formulasi empiris yang dijelaskan di dalam Molland, Turnock, dan Hudson (2011).

Hambatan gelombang kemudian diketahui terdiri dari hambatan pola gelombang (wave pattern resistance) dan wave breaking dan spray resistance. Couser dkk (1997) menyempurnakan pembagian komponen hambatan kapal dengan memasukkan adanya induced drag dan hambatan akibat bentuk transom di belakang kapal (transom drag), lihat Gambar 2.3. Bila diamati dengan teliti maka tampak dengan jelas bahwa sisi atas menggambarkan penjelasan detail dari penurunan komponen hambatan menurut Froude (1872) dimana hambatan total terdiri dari hambatan gesek dan hambatan sisa. Sementara itu, sisi bawah memperlihatkan penjelasan dari Hughes (1954) dan Granville (1956) dimana hambatan total terdiri dari hambatan viskos dan hambatan gelombang.

(48)

21

Gambar 2.3. Diagram komponen hambatan kapal (Couser dkk, 1997).

Bentuk bagian belakang buritan kapal yang berbentuk kotak (transom) sering menambah hambatan tersendiri yang menambah komponen hambatan tekanan (pressure drag) dan sebagai hambatan induksi (induced drag) pada lambung trimaran (Couser dkk, 1997). Hambatan gelombang terjadi karena adanya gelombang gravitasi permukaan bebas dan tegangan viskos ditimbulkan oleh pengurangan tekanan di lambung bagian belakang (stern) kapal akibat adanya lapisan batas (boundary layer). Sedangkan wave breaking dan spray dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap total hambatan pada kecepatan tinggi. Selanjutnya, Molland (2008) mengelompokan komponen hambatan ini ke dalam dua kelompok yaitu hambatan viskos (viscous resistance) dan hambatan gelombang (wave resistance) dan diperlihatkan pada Gambar 2.4.

(49)

22

Gambar.2.4. Diagram komponen hambatan kapal (Molland, 2008).

Standar internasional dari ITTC meng-klasifikasikan hambatan kapal di air tenang (calm water), secara praktis dibagi dalam 2 (dua) komponen hambatan utama yaitu hambatan viskos (viscous resistance) yang terkait dengan bilangan Reynolds dan hambatan gelombang (wave-making resistance) yang tergantung pada bilangan Froude, dimana korelasi kedua komponen hambatan tersebut diperlihatkan pada Persamaan 2.7.

(2.7)

2.2.2 Hambatan Gesek

Hambatan gesek adalah komponen hambatan yang diperoleh dengan cara mengintegralkan tegangan tangensial ke seluruh permukaan basah kapal menurut arah gerakan kapal (Harvald, 1983). Bagi suatu benda yang bergerak di dalam fluida, adanya viskositas akan menimbulkan gesekan. Penting tidaknya gesekan dalam situasi fisik ini tergantung pada jenis fluida dan konfigurasi fisik atau pola alirannya. Daerah fluida yang dekat dengan benda padat didefinisikan sebagai lapisan batas (boundary layer). Pada daerah ini gradien melintang kecepatannya sangat besar dibandingkan dengan variasi longitudinalnya, dan tegangan gesernya mempunyai makna yang penting. Koefisien hambatan gesek CF biasanya

(50)

23

diperoleh melalui percobaan di tangki uji (towing tank), sehingga diperlukan suatu cara yang seragam untuk menghitung gesekan permukaan dan untuk mengembangkan data yang diperoleh dari model ke ukuran kapal yang sebenarnya (prototype). Besar hambatan gesek pada dasarnya tergantung pada luas permukaan basah lambung kapal, tingkat kekasaran permukaan dan bilangan Reynolds, dimana bilangan Reynolds dinyatakan dengan Persamaan 2.8:

(2.8) Aliran fluida bisa digolongkan sebagai aliran viscous yang terbentuk boundary layer jika efek viskositasnya tidak diabaikan. Dan jika efek viskositasnya diabaikan maka aliran fluida tersebut merupakan aliran non viscous yang tidak terbentuk boundary layer. Fluida yang kontak langsung dengan suatu batasan pada aliran viscous akan mempunyai kecepatan sama dengan batasan padat itu sendiri atau tidak terjadi slip pada batasan padat tersebut. Sheer stress pada aliran viscous laminar dipengaruhi secara langsung oleh viskositas fluida dan gradient kecepatan yang ada dalam aliran fluida tersebut. Surface shear stress (τw) dapat dinyatakan dengan Persamaan 2.9 (Molland dkk, 2011):

(2.9)

dimana:

μ = viskositas absolute fluida du/dy= gradient kecepatan.

2.2.3 Hambatan Sisa

Bagian terbesar dari hambatan sisa adalah komponen hambatan gelombang (Harvald, 1983). Hambatan lainnya adalah hambatan tekanan dan hambatan gesek tambahan sebagai akibat bentuk benda yang tiga dimensi. Dari kegiatan praktis di laboratorium, hambatan sisa adalah kuantitas yang merupakan hasil pengurangan dari koefisien hambatan total dengan koefisien hambatan gesek.