STUDI PENGARUH SUDUT PENYIMPANGAN HALUAN KAPAL LAYAR MOTOR TRADISONAL MELALUI UJI MODEL

Transkripsi

1 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK STUDI PENGARUH SUDUT PENYIMPANGAN HALUAN KAPAL LAYAR MOTOR TRADISONAL MELALUI UJI MODEL Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, Telp/Fax: rosmani@indosat.net.id Abstrak Pada pengoperasiannya, kapal sering mengalami manuver dan gangguan pelayaran akibat cuaca buruk, sehingga haluan kapal mengalami sudut penyimpangan. Dengan kata lain haluan tidak pada posisi lurus. Oleh karena itu, kami akan mencoba melakukan uji model kapal dengan modifikasi bulbous bow dan model kapal dengan bulbous bow standar di mana posisi haluan mengalami sudut penyimpangan haluan 3, 6, 9 dan 12. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui besar perubahan tahanan kapal dengan posisi haluan berada pada beberapa variasi sudut penyimpangan tersebut dan membandingkan nilai tahanan dan daya efektif kapal pada beberapa sudut penyimpangan haluan antara bulbous bow standar dan bulbous bow modifikasi. Perhitungan tahanan dan daya efektif kapal pada sudut penyimpangan 3, 6, 9 dan 12 diperoleh melalui uji model pada towing tank di laboratorium hidrodinamika. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa setiap kenaikan sudut penyimpangan haluan sebesar 3 akan mengalami perubahan tahanan dan daya efektif kapal rata-rata sebesar 15 % dan untuk model bulbous bwo standar dan 12,4 % untuk model bulbous bwo modifikasi. Perbandingan kecepatan yang dapat dicapai dengan beban maksimum pada saat percobaan model bulbous bow modifikasi rata-rata 5,6 %. Lebih besar dari model bulbous bwo standar. Kata Kunci: model, sudut penyimpangan, bulbous bow PENDAHULUAN Bulbous adalah suatu bentuk konstruksi haluan pada kapal yang berbentuk bulat telur yang ditempatkan pada linggi haluan bagian depan kapal. Pengaruh Bulbous Bow dapat memberikan dampak positif dalam mendesain kapal, pembuatan kapal dan pengoperasian kapal yang berkaitan dengan karakteristik seakeeping, tahanan dalam berlayar, karakteristik propulsi. (Schneekluth, 1998). Hubungan bolbous bow dengan sudut masuk telah dilakukan uji model pada sebuah kapal layar motor dengan menggunakan modifikasi bulbous bow yang berbentuk lancip. Menurut (Bagus, 2009) memberikan kesimpulan tentang sudut masuk air pada haluan, dengan melalui pengujiannya menunjukan bahwa dengan pengurangan sudut masuk air pada haluan kapal (angle of water entrance) hal tersebut dapat mengurangi tahanan kapal. Berdasarkan penelitian sebelumnya (Samaluddin,2010), nilai tahanan yang dihasilkan kapal model modifikasi bulbous bow lebih kecil 23,1% dari kapal tanpa bulbous bow untuk kecepatan 10 knot. Menurut Haris dan Muhiddin (2009), pengurangan tahanan pada kapal dengan menggunakan Bulbous standar sebesar 10,5 %. Percobaan model dengan bulbous bow menunjukan karakteristik tahanan yang lebih baik, hal ini disebabkan karena dengan menggunakan bulbous bow mempunyai tahanan yang rendah, koefisien daya dorongnya yang rendah juga memberikan efisiensi yang lebih baik, yang membuat efesiensi propeller yang lebih baik. Pada pengoperasiannya, kapal sering mengalami manuver dan gangguan pelayaran akibat cuaca buruk sehingga haluan kapal mengalami sudut penyimpangan. Dengan kata lain haluan tidak pada posisi lurus. Oleh karena itu, kami akan mencoba melakukan uji model kapal dengan modifikasi bulbous bow dan model kapal dengan bulbous standar di mana posisi haluan mengalami sudut penyimpangan yang akan diuji pada towing tank. Tahanan Kapal Tahanan (resistance) kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja kapal sedemikian rupa sehingga melawan gerakan kapal tersebut. Tahanan tersebut sama dengan gaya fluida yang bekerja sejajar Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP11-1

2 Studi Pengaruh Sudut Penyimpangan dengan sumbu gerakan kapal. Sedangkan suatu tahanan kapal ini adalah sama dengan suatu gaya dan karena dihasilkan oleh air, maka ini disebut gaya hydrodinamika. Gaya hidrodinamika ini semata-mata disebabkan oleh gerakan relatif kapal terhadap air. Gerakan kapal di fluida bekerja seperti sistem sumbu orthogonal yaitu 3 (tiga) buah sumbu x, y, dan z, ditempatkan sedemikian rupa, pusat sumbu berimpit dengan titik berat kapal. Bidang x, dan y satu bidang dengan permukaan bumi (sejajar). Gambar 2. Gaya yang Bekerja Pada Kapal Gambar 1. Gaya gerak kapal Bentuk Sudut Masuk (Angle of Entrance) Gambar 1. Gaya gerak kapal Timbulnya gelombang kapal adalah ketika kapal bergerak di dalam air di mana akan timbul gelombang. Besarnya tahanan gelombang pada kapal berkecepatan rendah sekitar 25% dari tahanan total kapal, sedang untuk kapal berkecepatan tinggi tahanan gelombang dapat mencapai 50%. Oleh karena itu dibagian haluan kapal diusahakan dengan membuat bentuk sebaik mungkin untuk menghindari besarnya gelombang yang terjadi. Sudut masuk (α) adalah sudut yang dibentuk oleh Sumbu netral horizontal memanjang kapal dengan garis singgung lengkung garis air haluan pada saat kapal muatan penuh. Makin kecil sudut masuk maka pengaruh adanya tahanan gelombang yang kecil pula, demikian pula sebaliknya. Besar kecilnya sudut masuk tergantung pada bentuk gading-gading bagian haluan kapal. Salah satu cara memperkecil sudut masuk (α) yaitu dengan memasang bulbous bow dihaluan kapal. α Gambar 2. Sudut masuk (α) Bulbous Bow Bulbous adalah suatu bentuk konstruksi haluan yang berbentuk bulat telur yang ditempatkan pada linggi haluan bagian depan. Perbandingan model percobaan menunjukkan bahwa sebuah kapal yang dilengkapi dengan Bulbous Bow dapat membutuhkan sedikit daya pendorong dan memiliki ketahanan yang jauh lebih baik karakteristik dari kapal yang sama tanpa menggunakan Bulbous Bow. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Wigley bahwa Bulbous Bows ini cocok dan memberikan keuntungan bilamana: Perbandingan antara kecepatan dan akar panjang berkisar antara 0,80-1,90 Posisi bulbous dan proyeksi ujungnya lebih panjang dari garis tegak depan Bagian atas dari bulbous bow tidak boleh mendekati permukaan air. ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP11-2

3 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Namun dari penelitian-penelitian lebih lanjut tepatnya pada tahun 1956 yang dikembangkan dari Grena bahwa ternyata untuk kapal yang mempunyai harga froud dapat dipakai bulbous bows. Teori dasar dari sistem penggunaan bulbous bow adalah merupakan aplikasi dari asas Bernoully. Ukuran Bulbous Bow Untuk menentukan ukuran dari Bulbous Bows ini didasarkan dari beberapa faktor, yaitu jenis kapal, daerah pelayaran kapal, kelangsingan kapal serta ukuran dari kapal itu sendiri. Dalam buku : Ship Design dari Mitsiu Eng and Ship Building Co,Ltd halaman 38 memberikan rumus pendekatan sebagai berikut: Luas Bulbous Bow a B = 0,04 + 0,07 B... (5) Panjang Bulbous Bow L B = ( 3,1 1,3 E ) % L... (6) Angka Penunjuk E = ( B/L) / ( 1,3 ( 1-Cb) + 0,031 LCB)... (7) Ukuran dari bulbous bow ini biasanya dinyatakan dalam bentuk harga perbandingan atau persentase antara luas Bulbous terhadap luas penampang tengah kapal. oleh H.Scheenluth menyarankan bahwa panjang bulbous bows dari garis tegak depan berkisar 20% dari lebar kapal dan tidak boleh melebihi dari panjang forecastle deck. Pengaruh Bulbous Bow Pada Karakteristik Kapal. Pengaruh Bulbous Bow dapat memberikan dampak dalam mendesain kapal, konstruksi kapal, pembuatan kapal dan pengoperasian kapal yang berkaitan dengan karakteristik seakeeping, tahanan dalam berlayar, karakteristik propulsi, effective drag, trim dan lain-lain. Perubahan permintaan power dengan Bulbou Bow yang bertentangan dengan normal bow dapat ditujukan sebagai berikut : 1. Perubahan dalam tekanan tarik yang disebabkan oleh efek pemindahan gelembung dan efek sirip. 2. Perubahan dalam tahanan pemecah gelombang 3. Peningkatan tahanan gesek 4. Perubahan efisiensi propulsi yang dipengaruhi oleh koefisien daya dorong dan keseragaman percepatan aliran. Gambar 3. Tahanan (menggunakan Bulbous Bow dengan tanpa Bulbous Bow) Penentuan Tahanan dan Efektif Kapal Langkah langkah dalam perhitungan tahanan model dan kapal dari hasil percobaan model di laboratorium adalah sebagai berikut : 1. Perhitungan tahanan model Tahanan total berbanding lurus dengan kecepatan dan luas Permukaan Bidang Basah. Rt = 1/2. ρm. Vm 2. S. Ctm (1) 2 Koefisien Tahanan Total model adalah jumlah antara koefisien tahanan gesek dan koefisien tahanan sisa serta koefisien kekasaran kulit sebesar Ctm = Cfm + Crm + Ckulit (2) Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP11-3

4 Studi Pengaruh Sudut Penyimpangan 3 Koefisien Tahanan Gesek model dan kapal dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Cfm = (3) (Log 10 Rem 2) 2 4. Koefisien Tahanan Sisa dapat diketahui dengan memperkurangkan antara koefisien tahanan total dengan koefisien tahanan gesek : Crm = Ctm - Cfm (4) Koefisien tahanan sisa model dan kapal adalah sama untuk angka Froude yang sama. Crk = Crm (5) 5. Tahanan Total Kapal Koefisien tahanan total model adalah jumlah antara koefisien tahanan gesek dan koefisien tahanan sisa serta koefisien kekasaran kulit sebesar Ctk = Cfk + Crk + Ckulit (6) Jadi tahanan total kapal dapat diketahui dengan menggunakan rumus sebagai berikut : Rt = 1/2. ρ. V 2. S. Ct (7) 6. Daya Efektif (EHP) Penentuan Ukuran Model Kapal EHP = R T xvs)/75 (8) Hukum perbandingan yang dipakai unk pembuatan model kapal tuharus memenuhi syarat syarat sebagai berikut : 1. Kesamaan geometris; Kondisi geometris yang dapat terpenuhi dalam suatu percobaan model hanya kesamaan geometris dimensi dimensi linier model, λ = L L S m = B B S m = T T S m (9) Kesamaan geometris juga menunjukkan hubungan antara model dan tangki percobaan. Percobaan, menurut TOOD : L m < T tangki L m < ½ B tangki 2. Kesamaan kinematis Kesamaan kinematis antara model dan kapal lebih menitik beratkan pada hubungan antara kecepatan model dengan kecepatan kapal sebenarnya. Kesamaan ini dapat terpenuhi persamaan angka Froude V m g. L m = V S g. L S (10) 3. Kesamaan Dinamis Gaya gaya yang bekerja berkenaan dengan gerakan fluida sekeliling model dan kapal pada setiap titik atau tempat yang besesuaian harus mempunyai besar dan arah yang sama, dalam hal ini kesatuan harga Reynold yang menggambarkan perbandingan gaya gaya inersia dengan viskositas : ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP11-4

5 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK V. L m m = ν V. L S S (11) ν Tangki Percobaan (Towing Tank) Towing tank umumnya digunakan unutk mengetes tahanan sebuah kapal dengan menggunakan model yang bergerak dalam tangki pada kecepatan tertentu sepanjang tangki baik dalam kondisi air tenang maupun air yang bergelombang. Disamping itu dapat pula digunakan sebagai tempat mengetes propulsi dan bangunan lepas pantai (offshore) Berdasarkan alat yang digunakan dalam percobaan model, ada dua tipe towing tank yaitu : 1. Towing tank dengan kereta penarik; Tangki ini dilengkapi dengan mesin jadi model dikemudikan oleh mesin tersebut, disamping itu dilengkapi pula dengan penarik yang berlawanan arah dengan model yang berada dibawahnya. Kereta penarik tersebut dilengkapi dengan alat yang dapat mengukur dan mencatat kecepatan pelayaran dan tahanan model yang bergerak di air. 2. Towing tank dengan beban atau gravitasi : Tangki ini dilengkapi dengan tali (senar) yang mengelilingi rol atau katrol, masing masing saling berlawanan pada ujung katrol, dimana salah satu katrol bertindak sebagai pengemudi dan lainnya sebagai pengikat atau pengantar. Katrol pengemudi ini mempunyai poros pada axisnya, proyeksi dari poros pada kedua sisinya. Salah satu sisi poros menahan tali pengikat sistim pemberat dan lainnya menahan bobot lawan. Tahanan dapat diketahui dengan menggunakan sistim pembebanan memakai gaya pemberat melalui katrol, dimana pembebanan pada piringan bobot mula lebih berat dari bobot lawan. Apabila model yang ditarik bergerak pada kecepatan konstan dibawah gaya ini, maka gaya tersebut sama dengan tahanan total model pada kecepatan tersebut. Model towing tank yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah model grafitasi yang dilengkapi dengan piringan katrol pada kedua ujung tangki percobaan. Analisa dan Bahasan Ukuran model kapal yang digunakan dalam percobaan harus sesuai dengan ukuran tangki percobaan dengan perbandingan skala model 1 : 24 sesuai persamaan 13, maka diperoleh ukuran model Tabel 1. Ukuran utama Kapal sampel dan kapal model Dimensi Kapal Sampel Kapal Model Skala, λ 1 35 Displasmen (ton) 279,92 0,00637 Lwl (m) B (m) H (m) T (m) Cb V (Knot) 8 BHP (HP) 889 Data Hasil Percobaan Posisi model saat percobaan mengalami sudut penyimpangan haluan 3, 6, 9 dan 12. Masing-masinhg sudut di uji sebanyak tiga kali dengan jarak tempuh 8 meter.besarnya tahanan model sama dengan besarnya penambahan beban awal pada setiap percobaan penarikan model kapal yaitu sebesar 200 gram.penambahan beban dilakukan sebanyak 10 kali. Kecepatana kapal diperoleh dari rata-rata waktu yang ditempuh oleh model pada masing-masing variasi pembebanan. Besarnya kecepatan model dan kapal tercantum pada tabel.2. Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP11-5

6 Studi Pengaruh Sudut Penyimpangan Tabel 2. Kecepatan Model dan Kapal No. Tahanan (Gram) Kecepatan Model (m/dt) Bulbous Bow Standar Bulbous Bow Modifikasi Kecepatan Kapal (m/dt) Bulbous Bow Standar Bulbous Bow Modifikasi Sumber :Hasil olahan data Dari hasil percobaan diperoleh bahwa, untuk beban yang sama model dengan bulbous bow modifikasi kecepatannya lebih besar dari model dengan bolbous bow standar. Jadi besar daya efektif yang dibutuhkan oleh kapal dengan model bulbous bow modifikasi lebih kecil dibandingkan dengan model dengan bolbous bow standar untuk mengatasi besarnya tahanan yang terjadi. Berdasarkan hasil analisi data, diperoleh perubahan tahanan dan daya efektif kapal untuk tiap sudut penyimpangan pada kecepatan yang sama terlihat pada tabel 3 dan Hubungan antara EHP (HP) dan Kecepatan Kapal (knot) EHP (HP) Kecepatan (knot) Gambar4. Grafik hubungan kecepatan dan daya efektif pada kapal dengan bulbous Bow modifikasi ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP11-6

7 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Tabel 3. Hubungan kecepatan dan tahanan kapal pada tiap sudut penyimpangan Tahanan Kapal (kg) No. Kecepatan Bulbous Bow Modifikasi Bulbous Bow Standar (knot) , , , , , , , , , , , Sumber :Hasil olahan data Tabel 4. Hubungan kecepatan dan daya efektif kapal pada sudut penyimpangan Daya Efektif (HP) No. Kecepatan Bulbous Bow Standar Bulbous Bow Modifikasi (knot) , , , , , , , , , , , Sumber :Hasil olahan data Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP11-7

8 Studi Pengaruh Sudut Penyimpangan EHP (HP) Hubungan antara EHP (HP) dan Kecepatan Kapal (Knot) Kecepatan (knot) Gambar 5. Grafik hubungan kecepatan dan daya efektif pada kapal dengan bulbous Bow Standar HASIL ANALISIS Dari hasil analisis diperoleh bahwa besarnya sudut penyimpangan dapat mempengaruhi besarnya tahanan yang terjadi, sehingga berpengaruh pula pada besarnya daya efektif yang digunakan untuk mencapai kecepatan yang sama. Pada setiap penambahan atau kenaikan sudut penyimpangan sebesar 3 akan mengalami perubahan tahanan dan daya efektif kapal rata-rata sebesar 15 % dan untuk model dengan bulbous bow standar, sedang untuk bulbous bow modifikasi kenaikan tahanan dan daya efektif kapal rata-rata 12,4 % Besarnya kecepatan yang dapat dicapai oleh kapal pada saat percobaan dengan beban maksimum pada setiap sudut penyimpangan antara model dengan bulbous bow standar dan modifikasi terjadi perbedaan, di mana kecepatan kapal pada model bulbous bow modifikasi lebih besar 5,6 % dibandingkan dengan kecepatan kapal dengan model bulbous standar. Tabel 5. Hubungan antara sudut penyimpangan dan kecepatan kapal Sudut Besar Kecepatan (knot) ke- Sudut Bulbous bow standar Modifikasi bulbous bow ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP11-8

9 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Kecepatan (knot) Hubungan antara Sudut Penyimpangan dan Kecepatan Kapal Sudut ke- Gambar 5. Hubungan Sudut Penyimpangan dengan Kecepatan Kapal Bulbous bow standar SIMPULAN Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa; 1. Besar perubahan tahanan dan daya efektif kapal setiap perubahan sudut penyimpangan 3 pada saat uji model rata-rata 15 % untuk model bulbous standar, dan rata-rata 12,4 % untuk model bulbous bow modifikasi. 2. Perbandingan besar tahanan dan daya efektif kapal pada setiap perubahan sudut penyimpangan 3 pada saat uji model adsalah kapal dengan model bulbous bow modifikasi lebih kecil 2,6 % dari tahanan kapal dengan model bulbous bow standar. 3. Perbandingan kecepatan yang dapat dicapai oleh kapal dengan model bulbouis bow modifikasis lebih besar 5,6 % dari kecepatan yang dapat dicapai oleh kapal dengan model bulbous standar DAFTAR PUSTAKA 1. Bagus [2009], Resistance Test Alternative Design of Traditional Purse - Seine Boat, Prosiding Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan (SENTA) ITS Surabaya 2. Dillon, E.Scott, and Lewis, Edward. Ship with Bulbous Bows in Smooth Water and ind Waves. Heemraadssingel, Rotterdam, Holland. 3. Galib, A. F Dalam Studi Identifikasi Sistem Penggerak dan Perlengkapan Kapal Ikan Produksi Desa Rangas kecamatan Banggae Kab Majene Sulawesi Barat. Jurusan Perkapalan FT UH. Makassar. 4. Harvald, SV. Aa, Tahanan dan Propulsi Kapal. Terjemahan oleh Jusuf Sutomo, Ir. M.sc Surabaya: Airlangga University Press. 5. Hasbullah, Mansyur Studi Pemanfaatan Bulbous Bows Terhadap Tahanan Pada Kapal Barang. Universitas Hasanuddin, Makassar. 6. Muhammad, A. Haris Desain Kapal Ikan Tipe Payang Untuk perairan Daerah Majene Sulawesi Selatan. Universitas Hasanuddin, Makassar. 7. Mustari Mursalim Dalam Studi Perbandingan Estimasi Daya mesin Utama (Studi kasus pada desain kapal barang penumpang 500 GRT). 8. Rosmani Skripsi tidak dipublikasikan,kemungkinan penggunaan towing tank perkapalan unhas dalam menghitung tahanan perahu pinisi expo 86. Ujung pandang. Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP11-9

10 Studi Pengaruh Sudut Penyimpangan 9. Samaluddin, 2010, thesis tidak dipublikasikan, Pengaruh Penggunaan Bulbous Bow Dalam Studi Tahanan Kapal Layar Motor Tradisional di Kawasan Indonesia Timur,, Jurusan Perkapalan FT-UH. Makassar. ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP11-10