GagukSuhardjito
D
esain
R
encana
……….1
G
G
e
e
o
o
m
m
e
e
t
t
r
r
i
i
K
K
a
a
p
p
a
a
l
l
Sisi luar lambung kapal berbentuk lengkung pada beberapa kasus terdapat tekukan, penggambaran lambung kapal pada sebidang kertas gambar dinamakan rencana garis ( lines plan/ship’s lines/lines ), bentuk lambung kapal secara umum harus mengikuti kebutuhan daya apung, stabilitas, kecepatan, kekuatan mesin, olah gerak dan yang penting adalah kapal bisa dibangun. Gambar Rencana garis ( lines plan ) terdiri dari proyeksi ortographis/sikusiku dari interseksi/perpotongan antara permukaan/surface lambung kapal dan tiga set bidang yang saling tegak lurus. Rencana sheer/Profil/Sheer plan menunjukkan interseksi/perpotongan antara permukaan/surface lambung kapal dengan bidang tengah/centreplane – sebuah bidang vertical pada garis tengah / centreline kapal – dan bidang tegak/buttockplane yang sejajar dengannya (centreplane), Interseksi dengan bidang tengah akan menghasilkan profil haluan/bow dan buritan/stern. Rencana sheer/Sheer plan untuk kapal komersial digambar dengan meletakkan haluan kapal/bow section pada sisi kanan.
Rencana garis air/Half breadth/Waterlines plan menunjukkan interseksi permukaan lambung kapal dengan bidang yang sejajar bidang dasar/baseplane horizontal, bidang dasar/baseplane adalah bidang horizontal yang melalui garis dasar/baseline. Interseksi dengan bidangbidang tersebut akan menghasilkan Rencana garis air/Waterlines plan. Body plan menunjukkan bentuk dari station/section yang merupakan interseksi antara permukaan lambung kapal dengan bidang yang tegak lurus dengan bidang tegak/buttockplane dan bidang garis air/waterline plane. Pada umumnya penggambaran body plan dibagi 2 sisi kiri dan sisi kanan, sisi kiri untuk setengah bagian belakang dan sisi kanan untuk setengah bagian depan. Permukaan lambung kapal yang dimaksud diatas adalah permukaan molded/molded surface adalah permukaan yang dibentuk oleh sisi luar gading kapal atau sisi dalam kulit, hal ini berlaku untuk kapal baja, kapal aluminium dan kapal kayu untuk kapal fibreglass/FRP permukaan molded dibentuk oleh sisi luar kulit (lambung kapal). Kapal kayu mempunyai 2 buah Rencana garis, Rencana garis sisi dalam kulit (inside planking) dan sisi luar kulit (outside planking), rencana garis sisi dalam kulit digunakan untuk membentuk gading dan bagian konstruksi lainnya sedangkan rencana garis sisi luar kulit digunakan untuk menghitung hydrostatic, stabilitas dan tahanan kapal, hal tersebut karena kulit kapal kayu lebih tebal dibanding kulit baja sedang ukuran kapal kayu lebih kecil dibanding kapal baja, sehingga tebal kulit tidak bisa diabaikan dalam perhitungan hydrostatic, stabilitas dan tahanan hal ini berbeda dengan kapal baja. Jumlah station/section pada umumnya 21 buah, antara garis tegak depan dan garis tegak belakang dibagi 20 interval, indentifikasi station dimulai dari AP (station nomor nol ) hingga FP ( station nomor 20 ). Naval arsitektur ( Bangunan kapal ) memiliki terminologi tersendiri yang berupa simbol atau singkatan kata.
AP
After Perpendicular/garis tegak buritan adalah garis tegak yang terletak pada sisi belakang sterpost atau bila tidak ada sternpost, FP terletak pada sumbu poros kemudi.FP
Forward Perpendicular/garis tegak haluan adalah garis tegak vertikal yang melalui interseksi antara garis air muat/garis air perencanaan /DWL dan sisi dalam linggi haluanLBP
Panjang antara garis tegak / Length between perpendicular adalah jarak horizontal antara AP dan FPLWL
Panjang garis air/ Length of water lines adalah jarak horisontal antara FP dan interseksi antara sisi dalam linggi buritan dan garis air muat/garis air perencanaan /DWLLOA
Panjang keseluruhan/ Length overall adalah panjang kapal yang diukur dari ujung haluan dan ujung buritan pada sisi dalam kulitAmidship
Tengah kapal adalah titik tengah antara garis tegak haluan/FP dan garis tegak buritan/APMidship section
adalah station/section pada tengah kapal/AmidshipBmld
Lebar kapal/Breadth molded adalah lebar kapal molded yang diukur pada tengah kapal pada sisi luar gading/ sisi dalam kulitDmld
Tinggi molded/Depth molded adalah jarak vertikal pada amidship yang diukur dari sisi atas Lunas/keel ke sisi bawah pelat geladak pada tepi kapalTmld
Sarat molded/Draft molded adalah jarak vertical yang diukur dari sisi atas Lunas/keel ke Garis air/WLT
Sarat/Draft adalah jarak vertical yang diukur dari sisi bawah Lunas/keel ke Garis air/WLKeel Point
Titik lunas adalah titik yang terletak pada tengah kapal/amidship, pada Garis tengah/Centreline dan sisi atas Lunas/keelMolded Base Line
adalah garis horizontal yang melalui keel point, garis ini digunakan sebagai garis referensi perhitungan hidrostatikSheer
adalah kelengkungan horizontal geladak kapal, diukur dari perbedaan tinggi berbagai posisi dan tinggi pada tengah kapal, pada umumnya sheer bagian depan lebih tinggi dibanding bagian belakang, desain kapal modern pada saat ini banyak kapal yang tidak memiliki sheerCamber
Kelengkungan transversal geladak kapal, diukur dari perbedaan antara tinggi bagian tengah kapal dan tinggi pada sisi kapalRise of Floor
adalah kemiringan pelat dasar kapal diukur secara transversal pada amidship dan BmldTumble home
lengkungan kedalam pada sisi tengah kapalCentreline plane
/Middle line plane, bidang tengah adalah bidang vertical pada garis tengah/ centreline yang membagi kapal secara simetriWater planes
bidang garis air adalah bidang yang dibatasi oleh garis airFreeboard
lambung bebas adalah jarak vertikal antara garis air yang diijinkan dan sisi atas geladak pada tepi geladak tengah kapalFreeboard mark
/Load line mark/Plimsol Mark merkah garis muat adalah marka/tanda yang harus dipasang pada lambung kapal komersial pada tengah kapal dikedua sisi, marka ini menunjukkan sarat maksimum yang diijinkan untuk wilayah perairan dan musim tertentu, Marka S untuk Summer W untuk Winter T untuk Tropical WNA untuk Winter North Atlantic TF untuk Tropical Fresh WaterPMB
Parallel Middle Body adalah panjang dimana station/section memiliki luas dan bentuk yang samaFore body
bagian lambung kapal yang tercelup air didepan amidshipAfter body
bagian lambung kapal yang tercelup air dibelakang amidshipEntrance body
bagian lambung kapal yang tercelup didepan PMBD
D
e
e
s
s
a
a
i
i
n
n
L
L
a
a
m
m
b
b
u
u
n
n
g
g
:
:
C
C
S
S
A
A
Desain
lambung pada umumnya dilakukan dengan menganggap kapal berada diperairan tenang dan bentuk lambung kapal akan sangat mempengaruhi karakteristik sbb: · Penambahan Tahanan pd saat berlayar · Kemampuan manuver kapal · Roll dumping, ketahanan thd olengan kapal · Kemampuan bergerak di tengah gelombang · Kemampuan menahan hempasan gelombang · Volume dibawah geladakDesain
lambung bisa mulai dilakukan setelah ukuran utama kapal < LBP, Bmld, Tmld, Dmld & CB> didapatkan, hal penting dari desain garis adalah Froude Number (Fn), kerampingan kapal (slenderness) merupakan fungsi dari Fn, nilai Fn yang besar akan mengakibatkan bentuk lambung kapal yang lebih ramping. Passanger Liner (kapal penumpang) memiliki harga Fn yang lebih besar dibanding General Cargo (Kapal Barang)Slow Speed Cargo Cargo Liner Fruit Ships Destroyer
Fn 0,150,18 0,21 0,24 >0,45 CB 0,80 0,70 0,65 0,460,54 CP 0,8090,805 0,715 0,664 0,560,64 Lindblad(1961) & Todd (1945)
Perhatian
khusus dalam hal desain lambung harus diberikan pada : · Bentuk dari Sectional Area Curve (CSA) yang merupakan distribusi luas penampang kesepanjang lambung kapal . · Bentuk tengah Kapal (Midship Section) · Bentuk station haluan, linggi haluan dan garis air haluan · Bentuk station buritan, linggi buritan dan garis air buritan · Parameter bentuk lambungBentuk
CSA menunjukkan kelangsingan kapal, berbagai contoh bentuk CSA CSA tanker memiliki PMB yang lebih panjang dibanding ContainerDesain
Sectional Area Curve (CSA) dilakukan dengan bantuan diagram Scheltema De Heere , Diagram NSP, Form Data, Diagram Hamlin dan atau dengan teknik trial and error, hal penting dari desain CSA adalah konsistensi Desplasemen dan LCB.Froude
Number yang merupakan konstanta non dimensi bisa dihitung dengan Rumus :Fn = V/( g.L )
0,5 Penentuan Koefisien Prismatik dilakukan dengan berbagai cara, salah satunya dengan bantuan diagram Design lanes for prismatic coefficient and displasement length ratio ( Saunders, 1957) dengan cara memplot nilai Fn pada diagram untuk kemudian harga CP bisa ditentukan.Desain
CSA dengan bantuan diagram Hamlin mengikuti alur dibawah ini : Froude Number Koefisien Prismatik (CP) LCB CPaft CPfore CB, CWP, CM Sectional Area Curve (CSA) Main DimensionPenentuan LCB bisa dilakukan dengan berbagai rumus pendekatan diantaranya LCB/L = (8,80 38,9 Fn)/100 LCB/L = 0,135 + 0,194 CP untuk Kapal Tanker dan Curah Begitu juga dengan harga CM, CWP dan CB Fn = 0,595 ( 1,05 – CB) Van Lammeren 1948 CWP = 0,18 + 0,86 CP Series 60 CM = CB/CP Series 60 Desain CSA bisa juga menggunakan diagram De Heere
Setelah CSA berhasil didesain dengan pengecekan terhadap konsistensi
Displasemen dan LCB , dari diagram tersebut ditentukan panjang/posisi : PMB aft, PMB fore, Run Body & Entrance Body
R
r R
R
D
D
e
e
s
s
a
a
i
i
n
n
L
L
a
a
m
m
b
b
u
u
n
n
g
g
:
:
M
M
i
i
d
d
s
s
h
h
i
i
p
p
S
S
e
e
c
c
t
t
i
i
o
o
n
n
H
Haa mm pp ii r r ss ee mm uu a a kk aa p pa al l bb a arr aa n ng g // CC aa r rg go o ss hh i ip p d dii d dee s sa ai in n d dee nn gg aa n n dd aa ss aa r r dd aa tt aa rr // ff ll aa t t bb oo tt tt oo m m p
pa ad da a bb aa gg i ia an n tt ee nn g ga ah h kk aa pp a all , , rr i iss e e o of f ff l loo oo r r mm aa ss ii h h b baa nn yy aa k k dd ii jj u umm p pa ai i pp aa dd a a kk aa pp aa l l dd ee nn gg aa n n C
CM M << 0 0, ,9 9 . . P
Paa dd a a k ka ap pa al l CC oo nn tt a ai in ne er r MM ii d dss hh i ip p SS ee cc tt i ioo n n dd ii dd ee ss aa i in n d dee nn gg aa n n bb ee nn tt uu k k tt rr aa pp ee ss i iuu m m gg u un na a
m
mee nn ii nn gg kk aa t tk ka an n ee ff i iss ii ee nn ss i i r ru uaa nn g g m muu aa tt . . B
Bee rr b ba ag ga ai i cc oo nn t to oh h MM i idd ss h hii p p ss ee cc tt i ioo n n
R
Raa dd i iuu s s BB i ill gg a a t ta an npp a a r rii s se e oo f f f fo ooo r r RR aa dd i iuu s s BB i ill gg a a d de enn gg aa n n rr i iss e e oo f f ff ll oo oo r r
R
R 2 2 = = 2 2,, 33 3 3 ( ( 1 1 – – CC M M ) ) B B . . T T R R 2 2 = = { { 22 BB H H ( ( 1 1 – – CC M M ) ) – – ( ( B B . . r r ) ) } } / / 0 0.. 88 55 4 48 8
P
Paa dd a a bb e eb be err a ap pa a kk aa p pa al l k ko on ntt a aii n nee r r m mii dd ss hh ii p p
s
see cc tt ii o on n dd ii d de es sa aii n n dd e en ng gaa n n b bee nn t tu uk k t tr raa p pee s sii u um m
g
guu nn a a m mee nn ii nn g gk ka att k kaa n n e eff ii s sii ee n nss i i rr u ua an ng g mm uu aa tt . .
D
Dee nn gg aa n n ll uu aa s s M MSS A A dd aa n n ss aa r ra at t yy aa n ng g s saa mm a a , , b
bee nn tt uu k k t tr raa pp e es soo ii d d ll ee bb ii h h ll ee b ba arr , , k ka ap paa l l a ak ka an n
m
me emm ii l lii kk i i WW S SA A yy aa n ng g ll ee bb ii h h k ke ec cii l l d daa n n C CB B
y
yaa nn g g ll ee b bii h h k ke ec cii l l s se ehh ii gg g ga a tt aa h ha an na an n m mee nn j jaa dd i i l
D
D
e
e
s
s
a
a
i
i
n
n
L
L
a
a
m
m
b
b
u
u
n
n
g
g
:
:
L
L
i
i
n
n
g
g
g
g
i
i
Berbagai bentuk haluan kapal Bagian depan kapal/ Bow dapat dibedakan dari bentuknya : Bentuk standar (bulbless), Bentuk bulbous bow dan Bentuk khusus misalnya bow untuk l Pemecah es/ ice breaker. Tiga hal penting bentuk bow adalah Bentuk linggi depan ( stem profile ), Bentuk Station depan ( fore section shape ) dan Bentuk LWL ( Load Water Line ).
Bentuk linggi depan/ stem profile Pada mula kapal memiliki bentuk linggi depan vertikal hingga kapal memiliki bentuk linggi depan seperti saat ini yang memiliki kemiringan/ rake baik diatas maupun dibawah garis air. Bentuk Station/section haluan Station/section bagian depan haluan kapal memiliki bentuk U atau V. Bentuk Station V, memiliki kelebihankelebihan sebagai berikut ; Volume deck yang lebih besar Area Deck/Fore castle deck yang lebih luas WPA yang lebih luas sehingga momen inertianya lebih besar, VCB lebih tinggi, sehingga stabilitas kapal menjadi lebih baik WSA yang lebih kecil, volume baja kapal menjadi lebih kecil Bentuk kurvature lebih sederhana, mengurangi biaya produksi Masalah pada bentuk Station V, Memiliki tahanan gelombang yang lebih besar, meski tahanan geseknya menjadi lebih kecil tahanan total yang terjadi menjadi lebih besar dibanding bentuk U untuk 0,18 < Fn < 0,25 Bentuk V pada station haluan hanya memiliki tahanan yang baik pada Fn < 0,18 atau Fn > 0,225 untuk Normal cargo, pada kapal dengan B/T > 0,35 memiliki range yang lebih lebar
Bentuk DWL haluan
Bentuk DWL haluan, ditentukan oleh sudut masuknya ( half angle of entry ) / iE
CP 0,55 0,60 0,75 0,70 0,75 0,80 0,85
iE 8 o 9 o 910 o 1014 o 2123 o 33 o 37 o
Ujung depan DWL diusahakan memiliki radius sekecil mungkin untuk memberi efek hidrodinamik yang lebih baik, round bar bisa digunakan pada ujung /linggi depan, radius minimum yang memungkinkan adalah sebesar ( 3 x 4 ) x tebal plat, radius pada geladak cuaca adalah Rdeck = 0,08 B/2 untuk CP <= 0,72 Bentuk haluan kapal bisa dibedakan menjadi bentuk bow tajam atau bentuk parabolik, bentuk bow parabolik digunakan untuk kapal dengan CB > 0,8 dan L/B rendah yang pada umumnya kapal tersebut adalah Tanker atau Bulker. Berbagai bentuk buritan kapal
Desain buritan kapal meliputi Linggi Buritan, Bentuk Station Buritan dan Propeller clearance. Buritan kapal niaga pada umumnya dibedakan 2 bentuk, bentuk elips (merchant) dan bentuk transom, bentuk transom memiliki keuntungan antara lain; Poop deck yang lebih lebar, Kelengkungan buritan yang lebih sederhana, Luas pelat yang lebih sedikit sehingga biaya produksinya pun lebih rendah. Berbagai bentuk transom Stern section/ station buritan kapal yang tercelup air sesuai bentuknya dibedakan menjadi 1. Bentuk U 2. Bentuk V 3. Bentuk Stern bulb Masingmasing bentuk memiliki efek tahanan yang berbeda , bentuk V memiliki tahanan yang rendah, bentuk U memiliki tahanan yang lebih besar dan bentuk Stern bulb memiliki tahanan yang paling besar. Disisi lain bentuk V menghasilkan Non uniform wake distribution yang tidak menguntungkan bagi kerja propeller sedangkan bentuk U dan Stern bulb menghasilkan Uniform wake distribution.
Propeller clearance berpengaruh terhadap :
1. Kebutuhan daya mesin 2. Getaran
3. Diameter propeller dan putaran optimum propeller 4. Fluktuasi pada torsi
D
D
e
e
s
s
a
a
i
i
n
n
S
S
h
h
a
a
p
p
e
e
C
C
o
o
n
n
t
t
r
r
o
o
l
l
Shape control berfungsi sebagi outline bentuk lambung kapal, shape control juga merupakan bagian proses kreative seorang desainer untuk menghasilkan desain kapal yang diinginkan. Bentukbentuk khusus pada lambung kapal didesain terlebih dulu pada shape control, misal bentuk tekukan lambung, geladak yang lebih luas, bentuk transom dsbnya. Langkahlangkah desain shape control lihat appendiks
D
D
e
e
s
s
a
a
i
i
n
n
S
S
t
t
a
a
t
t
i
i
o
o
n
n
/
/
B
B
o
o
d
d
y
y
P
P
l
l
a
a
n
n
Desain station dibuat berdasarkan Grafik CSA dan Shape control, grafik CSA
memberikan informasi besarnya luas penampang melintang pada station tertentu sedang shape control memberikan informasi batasbatas /Boundary/Titik singgung station tertentu.
L
L
a
a
n
n
g
g
k
k
a
a
h
h
l
l
a
a
n
n
g
g
k
k
a
a
h
h
D
D
e
e
s
s
a
a
i
i
n
n
R
R
e
e
n
n
c
c
a
a
n
n
a
a
G
G
a
a
r
r
i
i
s
s
Sebuah contoh …..
· Step 1 : Penentuan Ukuran Utama Kapal
Ukuran Utama Kapal : Jenis Kapal : Kontainer LBP : 80 m Bmld : 11,40 m Dmld : 6,10 m Tmld : 4,75 m Vs : 12 knots· Step 2 : Perhitungan Froude Number (Fn)
Fn = V / (g.LBP) 1/2 V Kecepatan Kapal (m/s) g Gravitasi (9,8 m/s 2 ) 1 knots = 0,5144 m/s Fn = (12 * 0,5144) / (9,8 * 80) 1/2 = 6,172 / 28Fn = 0,220
· Step 3 : Perhitungan CB, CM,CWP, CP & LCB
Menurut Jensen 1994, CB = 4,22 + 27,8 (Fn) 1/2 – 39,1 Fn + 46,6 Fn 3 untuk 0,15<Fn<0,32 CB = 4,22 + 27,8 (0,22) 1/2 – 39,1 * 0,22 + 46,6 * 0,22 3CB = 0,71
CM = 1 / ( 1 + ( 1 – CB) 3,5 ) CM = 1 / ( 1 + ( 1 – 0,71) 3,5 )CM = 0,987
Menurut H. SchneekluthCWP = ( 1 + 2 CB ) / 3 CWP = ( 1 + 2 0,71 ) / 3
CWP = 0,86
CP = CB / CM CP = 0,71 / 0,987CP = 0,7193
Menurut Jensen 1994, LCB / LBP = ( 8,80 – 38,9 Fn ) / 100 LCB / LBP = 0,135 + 0,194 * CP untuk tanker / Bulker LCB / LBP = ( 8,80 – 38,9 * 0,220 ) / 100 LCB / LBP = 0,00242 LCB = 0,00242 * 80LCB = + 0,193 m
LCB = + 0,242 % LBP
· Step 4 : Penentuan CPA & CPF
Coefficient Prismatic Aft (CPA) dan Coefficient Prismatik Fore (CPF) bisa ditentukan dengan memplot harga LCB dan harga CP pada diagram hamlin . Hasil plotting nampak sbb; Dari diagram terbacaCPA =
0,715
CPF = 0,725
· Step 5 : Penentuan Luas Masingmasing Station
Dengan bantuan diagram Hamlin , masingmasing luas station bisa ditentukan nilainya, dengan cara memplot harga CPA dan CPF pada diagram, seperti nampak dibawah ini Plotting pada diagram ini akan menghasilkan luas masingmasing station, Perhatian !!!!!!! Penomoran station pada diagram diatas tidak sama dengan penomoran station pada umumnya sehingga perlu penyesuaian, misalnya Station 5 pada diagram sama dengan station 15 pada umumnya, Station 18 sama dengan station 2 dstnya.Tabel Luas Station No. Station pada Diagram No. Station pada Gambar Luas Station / Luas Midship Luas Station A B 20 AP 19,5 0,5 19 1 18,5 1,5 18 2 17 3 16 4 15 5 14 6 13 7 12 8 11 9 10 10 9 11 8 12 7 13 6 14 5 15 4 16 3 17 2 18 1,5 18,5 1 19 0,5 19,5 0 20 Station A dan station B adalah station cant part, nilainya terbaca pada diagram csa
LBP
Length of Run Body Paralel Middle Body Length of Entance Body
A midship B.T LWL AP FP A B
· Step 6 : Penggambaran CSA
CSA bisa digambar dengan cara memplot besarnya luas station sebagai absis dan panjang kapal sebagai ordinat, akurasi CSA akan lebih baik bila menggunakan kertas milimeter, hasil plot akan menghasilkan CSA ( Curves of Sectional Area ), perlu proses fairing untuk penggambaran CSA sekaligus untuk mengoreksi deviasi pembacaan diagram. Setelah fairing selesai dilakukan sehingga menghasilkan kurva CSA yang fair, kemudian CSA diperiksa akurasinya dengan cara membaca ulang area station untuk kemudian dimasukkan ke tabel perhitungan Displasemen dan LCB,Perhitungan Displasemen dan LCB bisa menggunakan tabel dibawah ini No. Station pada Gambar Luas Station A Faktor Simpson (FS) Faktor Momen (FM) Hasil A * FS Hasil A * FM A 1 * x (10 + 2 x) B 4 * x ( 10 + x ) AP ( x + 0,5 ) 10 0,5 2 9,5 1 1 9 1,5 2 8,5 2 1,5 8 3 4 7 4 2 6 5 4 5 6 2 4 7 4 3 8 2 2 9 4 1 10 2 0 11 4 1 12 2 2 13 4 3 14 2 4 15 4 5 16 2 6 17 4 7 18 1,5 8 18,5 2 8,5 19 1 9 19,5 2 9,5 20 0,5 10 Σ 1 Σ 2 x = [( LWL + LBP ) / 2] / h h = LBP / 20 Volume Displasemen = 1/3 * h * Σ 1 ( m 3 ) LCB = Σ 2 / Σ 1 * h ( m ) Pemeriksaan akurasi
( Displ target –Displ perhitungan ) / Displ target x 100 % < 0,5 %