ANALISA HAMBATAN KAPAL KATAMARAN DENGAN VARIASI JARAK DEMIHULL MENGGUNAKAN PROGRAM MAXSURF
M.Arief Hamdani.(1), I.K.A.P Utama(2)
Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan ITS Surabaya e-mail : danygudel@yahoo.com
1
Mahasiswa Teknik Perkapalan, 2Staf Pengajar Teknik Perkapalan, FTK-ITS Abstrak
Dalam tiga dasawarsa terakhir ini terdapat peningkatan yang pesat akan kebutuhan kapal berbadan banyak atau multihull salah satunya adalah kapal katamaran. Salah satu aspek yang perlu diperhatikan pada kapal katamaran adalah keakurasian dalam mengestimasi hambatan pada tahap awal proses design dimana hambatan kapal merupakan aspek yang sangat penting diketahui untuk menghitung daya mesin suatu kapal. Tugas akhir ini menjelaskan tentang pengaruh jarak pemisah demihull (S/L) terhadap hambatan kapal katamaran. Variasi jarakpemisah lambung demihull yaitu S/L=0.2; 0.3; 0.4 dan 0.5. Selain itu juga dilakukan variasi bentuk lambung katamaran yaitu bentuk simetris, tidak simetris dan tidak sejajar (stagger). Analisa perhitungan hambatan menggunakan program hullspeed-maxsurf dengan variasi kecepatan pada angka Froude 0.1 -1.0. Dari hasil analisa didapatkan hambatan kapal katamaran simetris lebih kecil dibandingkan dengan katamaran asimetris dan juga bentuk stagger dapat menurunkan hambatan total kapal. Kata kunci: katamaran simetris, katamaran tidak simetris, katamaran tidak sejajar(stagger), rasio jarak pemisah lambung demihull (S/L)
Pendahuluan
1.1. Latar Belakang Masalah
Dalam tiga dasawarsa terakhir ini terdapat peningkatan yang pesat akan kebutuhan berbadan banyak atau multihull untuk aplikasi kapal penumpang, kapal ikan, sporting craft dan kapal oceanografi (Utama, 2006). Berbagai bentuk kapal kemudian dikembangkan untuk memenuhi criteria design kapal dimana konsep kapal katamaran yang paling banyak dipilih dan mendapatkan perhatian karena sejumlah kelebihannya antara lain memiliki luasan geladak yang besar dan stabilitas melintang yang baik bila dibandingkan kapal berbadan tunggal (Insel dan Molland,1992).
Hambatan akibat gelombang adalah komponen paling penting pada kapal. Pada umumnya rasio kerampingan yang besar dibutuhkan untuk mengurangi tahanan akibat gelombang. Lambung kapal harus seramping mungkin untuk mencapai kecepatan tinggi. Namun, kekurangan utama dari kerampingan ini adalah berkurangnya stabilitas transversal. Oleh karena itu untuk menutupi kekurangan dari single body harus diubah menjadi multihull dengan jarak antar lambung yang tepat (Javanmandi,2008).
Perhitungan besarnya hambatan kapal dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu analitis teoris, numerik, empirik dan ekperimental. Pada cara analitis teoris dikembangkan persamaan matematis untuk geometri kapal tertentu sehingga hal ini memerlukan waktu yang sangat lama sehingga tidak menarik. Perhitungan numerik saat ini menggunakan apa yang disebut Computational Fluid Dynamic (CFD) yang memanfaatkan perkembangan teknologi berkecepatan tinggi. Teknik CFD memungkinkan penyelidikan sebuah model edengan ketelitian yang sangat tinggi tetapi dengan konsekuensi memerlukan kapasitas memori computer yang tinggi (Utama,2009). Sementara itu penyelesaian empirik memberikan sejumlah kemudahan karena formulasi umum penyelesaian persoalan sudah diketahui. Selama data yang dimasukkan sama dengan file data base yang ada maka besarnya hambatan total kapal akan segera diketahui dengan ketelitian tinggi. Oleh karena itu analisa empiric-numerik dapat diterapkan dalam perhitungan hambatan kapal. Analisa empirik-numerik dapat menggunakan software MaxSURF untuk menghitung besarnya hambatan kapal.
1.1. Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1. Apa pengaruh jarak demihull secara melintang (S/L) terhadap hambatan kapal katamaran? 2. Apa pengaruh bentuk transom sebagian lambung katamaran terhadap hambatan kapal katamaran?
3. Apa pengaruh lambung yang tidak sejajar secara memanjang (stagger) terhadap hambatan kapal katamaran? 4. Berapa besar persentase hasil hullspeed-maxsurf dengan pengujian di towing tank?
(
+f
k)
s
CF +t
CW = 11.2. Batasan Masalah
Batasan masalah perlu dilakukan untuk memfokuskan pembahasan sehingga per-masalahan tidak melebar dan untuk memperoleh hasil akhir yang sesuai dengan tujuan yang hendak dicapai. Berikut ini merupakan beberapa pokok bahasan yang akan dikaji, antara lain:
1. Model kapal katamaran yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah model kapal ikan penelitian yang dilakukan oleh Utama (2009)
2. Variasi jarak demihull secara melintang (S/L) adalah 0.2; 0.3; 0.4 dan 0.5 3. Variasi jarak demihull secara memanjang (R/L) adalah 0.2; 0.3 dan 0.4 4. Variasi kecepatan yang digunakan adalah Fr 0.1-1.0
1.3. Tujuan
Adapun tujuan tugas akhir ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh jarak demihull secara melintang terhadap hambatan kapal kata-maran.
2. Mengetahui pengaruh bentuk transom sebagian lambung katamaran (asimetris) terhadap hambatan kapal katamaran.
3. Mengetahui pengaruh lambung yang tidak sejajar secara memanjang (stagger) terhadap hambatan kapal katamaran.
4. Mengetahui besar persentase hasil hullspeed-maxsurf dengan pengujian di towing tank. 1.4. Manfaat
Setelah dilakukan penelitian diharapkan diperoleh manfaat sebagai berikut :
1. Memberikan informasi tentang pengaruh bentuk simetris, asimetris dan stagger lambung katamaran terhadap hambatannya.
1.5. Hipotesis
Jarak pemisah demihull I(S/L) berpengaruh terhadap hambatan yang ditimbulkan. 2. Dasar Teori
2.1. Hambatan kapal
Hambatan kapal katamaran diasumsikan sebagai penjumlahan dari beberapa komponen yang saling tidak bergantung (independent) agar mudah memecahkan masalah hambatan kapal dan pengaruh jarak antara lambung (hull separation).
Metode yang digunakan pada pengujian lambung kapal yang konvensional yaitu dengan membagi hambatan pada beberapa komponen yang didasarkan pada pengukuran total hambatan dari pengujian model dengan mengestimasi hambatan gesek (friction) dari formula empiris, atau pengukuran lansung dari komponen-komponen. Kedua metode tersebut untuk mengidentifikasi komponen-komponen dan asumsi-asumsi yang terkait.
Pada bagian ini diuraikan komponen koefisien interaksi hambatan pada demihull (catamaran) adalah sebagai berikut:
( )
CT CAT = 1(
+kCAT)
( )
CF CAT +( )
CW CATdimana:
Æ Faktor interferensi hambatan bentuk (form), yang diakibatkan oleh perubahan tekanan yang terjadi antara dua lambung.
σ Factor interferensi hambatan gesek (friction), yang diakibatkan oleh terjadinya penambahan kecepatan aliran diantara dua lambung.
t Faktor interferensi hambatan gelombang (wave), yang diakibatkan oleh pertemuan dua moda gelombang (dari haluan) diantara kedua lambung.
Diketahui bahwa faktor interensi Ø dan σ sangat rumit dan kompleks dalam pemecahannya, maka Insel dan Molland (1991) memperkenalkan faktor b untuk mengkombinasikan faktor interensi Ø dan σ kedalam interferensi hambatan viskos untuk tujuan praktis, sehinga menjadi:
Formulasi tersebut diatas telah diaplikasikan secara luas dalam perhitungan hambatan pada kapal katamaran hingga saat ini, termasuk dalam aplikasi software program ‘Hullspeed-Maxsurf’, ‘NavCad’ dan lainnya.
Secara skematik, pembagian komponen hambatan diperlihatkan pada skematik diagram dibawah ini.
gambar Error! No text of specified style in document.-1 Diagram Komponen Hambatan Kapal
2.2. Hullspeed-Maxsurf
Hullspeed adalah program yang digunakan untuk menguji tahanan dan power model. Hasil uji ini akan ditampilkan dalam bentuk angka dan grafik, grafik yang ditampilkan bukan hanya hambatan total dan powernya saja melainkan juga dapat menampilkan koefisien-koefisien hambatannya misalnya koefisien hambatan total (CT), koefisien hambatan gelombang (Cw), koefisien hambatan sisa (CR), koefisien hambatan gesek (CF) dan koefisien hambatan viskos (Cv). Di samping itu juga bisa menentukan besarnya kecepatan maksimal dan besarnya efesiensi yang ingin dihitung. Ada beberapa metode tahanan yang digunakan untuk pengujian antara lain: Savitsky pre-planing, Savitsky planing, Latiharju, Holtrop, van Oortmerssent, Series 60, Delft,I,II,III dan Slender Body.
Setiap metode kapal yang digunakan hanya untuk kapal-kapal tertentu saja sesuai dengan jenisnya, sebab tiap-tiap kapal mempunya karakteristik berbeda-beda. Untuk jenis multihull metode yang digunakan adalah metode slender body. Dalam program hullspeed-maxsurf ini perhitungan hambatan kapal katamaran terbagi dalam beberapa komponen yaitu untuk perhitungan hambatan gelombang menggunakan metode slender body dan hambatan gesek menggunakan ITTC’57 sedangkan perhitungan form faktor (1+βk) untuk katamaran menggunakan rumus empiris yang disajikan oleh Molland.
Pada program ‘Hullspeed-Maxsurf’, metode Slender Body didasarkan pada penelitian Tuck et al (1999) dan Couser et al (1996), dengan menggunakan dasar pendekatan Michell (1898) untuk menghitung hambatan gelombang dengan bilanganFroude <1.0.
3. Metodologi Penelitian
Selama pengerjaan tulisan ini, penulis membagi pengerjaan ini dalam beberapa tahapan pengerjaan. Tahapan pengerjaan ini antara lain :
1. Identifikasi permasalahan 2. Perumusan masalah dan tujuan 3. Dasar teori dan tinjauan pustaka 4. Pengumpulan data
5. permodelan kapal katamaran pada maxsurf-pro 6. running model pada hullspeed-maxsurf 7. pengujian di towing tank
8. analisa hasil 9. Kesimpulan
Data yang akan diperlukan antara lain :
data kapal ikan katamaran penelitian Utama (2009) yaitu data spesifikasi kapal tersebut dan juga linesplan kapal ikan katamaran.
3.1 Model Lambung Katamaran Simetris 3.2 Model Lambung Katamaran Tidak Simetris
3.3 Model Lambung Katamaran Tidak Sejajar
4. Pembahasan
Dari hasil running hullspeed-maxsurf didapatkan hasil sebagai berikut:
Gambar 4.2 Koefisien CV, CW, CT Lambung Katamaran Tidak Simetris Dengan Variasi S/L
Gambar 4.3 Koefisien CV, CW, CT Lambung Katamaran Tidak Sejajar rasio S/L=0.2 Dengan Variasi R/L
Gambar 4.4 Koefisien CV, CW, CT Lambung Katamaran Tidak Sejajar rasio S/L=0.3 Dengan Variasi R/L
Gambar 4.4 Koefisien CV, CW, CT Lambung Katamaran Tidak Sejajar rasio S/L=0.4 Dengan Variasi R/L
Dari hasil running tank test didapatkan hasil sebagai berikut:
Gambar 4.6 Hambatan Total Lambung Katamaran Tidak Simetris
Gambar 4.6 Hambatan Total Lambung Katamaran Tidak Sejajar Rasio S/L=0.2
Gambar 4.6 Hambatan Total Lambung Katamaran Tidak Sejajar Rasio S/L=0.2
5. Kesimpulan
Dari hasil analisa untuk mengkaji komponen hambatan pada lambung katamaran karena pengaruh jarak demihull, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
- Pengaruh jarak pemisah lambung demihull (S/L) terhadap komponen hambatan dalah signifikan. Semakin besar jarak pemisah lambung demihull secara melintang (S/L) maka semakin kecil hambatan yang ditimbulkan baik katamaran simetris, tidak simetris dan tidak sejajar.
- Hasil tank test memperlihatkan bahwa komponen hambatan katamaran asimetris lebih kecil dibandingkan katamaran simetris dikarenakan bentuk lambung bagian dalam katamaran asimetris berbentuk flat dimana dapat menurunkan hambatan gelombang. sedangkan hasil metode slender body program hullspeed-maxsurf memperlihatkan bahwa komponen hambatan katamaran asimetris lebih besar daripada katamaran simetris untuk displacement yang sama. Hal ini dikarenakan dalam perhitungan hambatan gelombang pada hullspeed-maxsurf menggunakan fungsi WSA dan tinggi sarat terhadap tinggi kapal.
- Jarak pemisah lambung secara memanjang (R/L) memberikan efek terhadap komponen hambatan secara signifikan bergantung pada kecepatan.
- Perbedaan hasil tank test dengan metode slender body pada program hullspeed-maxsurf sebagai berikut: simetris tidak simetris tidak sejajar
Fr < 0.3 9-14% 19-24% 1-11%
Fr 0.3-0.55 4-31% 15-30% 3-27%
Fr >0.5 1-12% 38-60% 1-19%
Berdasarkan tabel di atas metode slender body pada program hullspeed-maxsurf memeiliki kelemahan sebagai berikut:
- Keberadaan transom tidak dihitung secara tepat oleh hullspeed-maxsurf. Hambatan yang timbul akibat adanya transom stern berpengaruh terhadap hambatan totalnya.
- Pada Hullspeed-maxsurf hanya menggunakan fixed draft sedangkan kapal yang bergerak di permukaan airmengalami free draft.
- Nilai form factor untuk demihull dan form factor katamaran diprediksi berdasarkan formula molland 1996 dimana merupakan fungsi geometri L/V1/3
Daftar Pustaka
Couser, P. An investigation into the performance of high-speed catamarans in calm water and waves, PhD thesis, Department of Ship Science, University of Southampton. May 1996.
Couser, P., Molland, A.F., Armstrong, N.A, Utama, I.K.A.P., Calm Water Powering Predictions For High-Speed Caatamarans, Preceedings of FAST 97 Conference, Sydney (Australia), 21-23 July 1997.
Couser, P., Wellicome, J.F., Molland, A.F., Experimental Measurement Of Sideforce And Induced Drag On Catamaran Demihulls, Department of Ship Science, University of Southampton.1998.
Insel, M., Molland, A.F.. An investigation into the resistance components of high speed displacement catamaran, Royal Institution of Naval Architects, Spring Meeting, paper No. 11,1991.
Insel, M., An Investigation into the Resistance Components of High Speed Displacement Catamarans, PhD Thesis, Faculty of Engineering and Applied Science, University of Southampton, UK, 1990
Jamaluddin, A., Utama, IKAP. dan Dani, Kajian Interferensi Koefisien Hambatan pada Lambung Katamaran melalui Komputasi ’Slender Body Method’, Jurnal Pengkajian Industri, BPPT, Jakarta, Vol.4 No.2. Agustus 2010, 111 – 120 Jamaluddin, A., Utama, IKAP. and Molland, A.F., Experimental Investigation Into the Drag Characteristics of Symmetrical and Asymmetrical Staggered and Unstaggered Catamaran, International Conference on Ship & Offshore Technology (ICSOT)- Indonesia 2010, Surabaya, 11- 12 Novenber 2010.
Molland, A.F., Wellicome, J.F., and Couser, P.R., Resistance Experiments on a Systematic Series of High Speed Displacement Catamaran Forms: Variation of Length-Displacement Ratio and Breadth-Draught Ratio, Ship science Report No.71, University of Southampton, UK, March 1994.
Molland, A.F., Wellicome, J.F.,. Couser, P.R., Resistance Experiments on a Systematic Series of High-Speed Displacement Catamaran Forms: Variations of Length-Displacement Ratio and Breadth-Draugh Ratio, Transaction RINA, 138A, 1996.
Soeding,H (2007),Unsymmetrical Catamaran, Preceedings of FAST 97 Conference, Sydney (Australia), 21-23 July 1997.
Sahoo P. K., Doctors, L.J., Pretlove, L., CFD Prediction of The Wave Resistance of A Catamaran with Staggered Demihulls, International Conference on Marine Hydrodynamics, MAHI 2006, India, January 2006.
Sahoo,P.K., Salas, M., and Schwetz, Practical Evaluation of Resistance of High-speed Catamaran Hull form-Part I, Shipand Offshore Structures,2;4,307-324, 2007
User Manual, Hullspeed-Maxsurf, Formation Design System Pty Ltd 1984-2006.
Utama, I.K.A.P., Investigation of the Viscous Resistance Components of Catamaran Forms, PhD Thesis, Faculty of Engineering and Applied Science, University of Southampton, UK, 1999
Utama, I.K.A.P., and Molland, A.F., Experimental and Numerical Investigations into Catamaran Viscous Resistance, FAST’2001, Southamton, UK, 4- 6 September 2001.
Utama,IKAP., Styawan, D., Jamaluddin,A. Add Mudjianto, Experimental and CFD Investigation In the Drag Characteristic of Catamaran Fishing Vessel,Proc.Regional Conference on Mechanical and AerospaceTechnology (RCMeAe), Bali, Indonesia, 9-10 February 2010
Yamano,T., Kusunoki,Y., Kuratani,F., Ogawa, T., Ikebuchi, T., and Funeno, I., E., Effect of Transom Stren Bottom Profile From on Stren Wave Resistance-An Experimental Study, J. Kansai Soc. N.A., Japan, No.239, March 2003.
