Pengaruh Jumlah dan Posisi Rudder Terhadap Kemampuan Manoeuvring Kapal

Transkripsi

1 Pengaruh Jumlah dan Posisi Rudder Terhadap Kemampuan Manoeuvring Kapal Rapelman Saragih, Surjo Widodo Adji, Amiadji Department of Marine Engineering, Sepuluh Nopember Institute of Technology, Surabaya Abstract Increasing ship population has led to increased activity of ships, especially ships in the harbor. Therefore, if the motion needed a good ship to be able to manoeuvring. One way to improve the navigation of the ship is to optimize the rudder. Rudder is a mechanical device inside a vessel that serves to determine and set the direction of the bow or manoeuvring of ship. Rudder is good will give a good response to the ship, so that ships can position theirself very well. This research will simulated the effect of rudder number and position to improve the ability of ship manoeuvring, in order to obtain a suitable rudder configuration and provides a high response. In this research the movement of fluid flow will be simulated using CFD (Computational Fluid Dynamics) method to analyze the pressure distribution, lift force, drag force and velocity on the rudder. So in the end can found a suitable rudder configuration. Keywords : Manoeuvring, rudder, lift force, drag force, CFD I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Peningkatan penggunaan transportasi laut telah mengakibatkan pertumbuhan populasi kapal. Pertumbuhan populasi kapal ini telah mengakibatkan meningkatnya aktifitas kapal di pelabuhan. Salah satunya yaitu pelabuhan Tanjung Perak yang terletak tidak jauh dari pelabuhan Ujung Kamal Surabaya. Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya merupakan pelabuhan kelas satu di Indonesia, dimana lalu lintas kapal yang keluar masuk pelabuhan tinggi. Pelabuhan ini adalah salah satu pelabuhan pintu gerbang di Indonesia. Di sebelah timur dari pelabuhan Tanjung Perak terdapat penyeberangan kapal ferry Ujung - Kamal yang juga memiliki tingkat arus lalu lintas yang cukup padat dan terdapatnya pangkalan Angkatan Laut armada timur menambah arus lalu lintas di sisi timur pelabuhan semakin padat. Dengan kepadatan arus lalu lintas kapal ini, maka perlu upaya untuk meningkatkan keselamatan kapal khususnya kapal Ferry jenis Ro-Ro. Kapal Ferry jenis Ro- Ro ini menjadi penting karena menyangkut keselamatan banyak jiwa dan juga barang. Upaya peningkatan keselamatan kapal ini dapat dilakukan dengan meningkatkan kemampuan olah gerak kapal agar kapal dapat mengikuti jalur ketika memasuki ataupun ketika keluar dari pelabuhan, sehingga terhindar dari bahaya tubrukan. Salah satu cara untuk meningkatkan kemampuan olah gerak kapal (manoeuverability) adalah dengan mengoptimalkan kerja rudder. Berbagai cara telah dilakukan untuk meningkatkan kerja rudder salah satunya yaitu dengan memindahkan rudder tidak segaris dengan poros propeller dengan single screw (Nur Komeidi, 2007). Pada skripsi ini penulis menganalisa pengaruh jumlah dan posisi rudder untuk mendapatkan konfigurasi rudder yang tepat. Jumlah rudder yang akan divariasikan ada dua yaitu single dan double rudder. Sedangkan untuk posisinya khusus untuk double rudder, yakni akan digeser dari centerline sejauh 80% hingga 120%. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan respon rudder yang paling optimal. Dalam penelitian ini aliran fluida dianalisa dengan menggunakan metode CFD (Computational Fluid Dynamics) dan software yang digunakan adalah ANSYS CFX. Gambar 1.1 Peta Laut Alur Pelayaran Surabaya 1.2 Perumusan Masalah Dari uraian di atas maka permasalahan yang utama yang dibahas yaitu : a. Bagaimana pengaruh jumlah rudder dan peletakannya terhadap kemampuan manoeuvring kapal? b. Bagaimana gaya-gaya yang terjadi pada rudder dengan konfigurasi single rudder dan kapal dengan konfigurasi double rudder? c. Apabila konfigurasi double rudder digunakan maka berapa luas dari masing-masing rudder dan dimana letaknya yang menunjukkan performance tertinggi. 1.3 Batasan Masalah Agar pengerjaan tugas akhir ini tidak terlalu meluas maka diperlukan batasan-batasan masalah, agar proses penulisan lebih terarah. Adapun batasan masalah tersebut sebagai berikut : a. Penelitian yang dilakukan menggunakan simulasi computer yaitu menggunakan metode CFD dan sofware yang digunakan adalah ANSYS CFX. b. Objek yang dikaji yaitu kapal jenis ferry Ro-Ro dengan 571 GT. c. Penelitian yang dilakukan mengabaikan factor gelombang dan kecepatan angin. d. Penelitian yang dilakukan tidak untuk meningkatkan efisiensi propulsif kapal

2 melainkan untuk membandingkan antara penggunaan single rudder dengan double rudder dan juga peletakan untuk double rudder. 1.4 Tujuan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini berdasarkan uraian di atas adalah mengetahui pengaruh jumlah dan posisi rudder terhadap kemampuan manoeuvring kapal, sehingga diperoleh konfigurasi rudder yang sesuai. 1.5 Manfaat Penulisan Manfaat yang akan diperoleh dari pengerjaan skripsi ini antara lain : a. Memberikan rekomendasi kepada pemilik kapal tentang posisi rudder yang menunjukkan performance tertinggi. b. Mengetahui pengaruh peletakan rudder dengan single rudder maupun double rudder. c. Mengetahui pengaruh jumlah dan peletakan rudder terhadap perubahan kecepatan dan gaya lift yang terjadi pada rudder II. METODOLOGI Dalam skripsi ini, analisa yang dilakukan adalah tentang pengaruh jumlah rudder dan peletakannya terhadap kemampuan maneouvring kapal, sehingga diperoleh konfigurasi rudder yang cocok dan memberikan respon yang tinggi. Dengan demikian dapat meningkatkan performansi kapal pada saat bermaneouver. Analisa yang dilakukan adalah pada Kapal Wicitra Dharma dengan type Ferry Ro-Ro. Analisa yang dilakukan adalah dengan menggunakan simulasi komputer dengan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) dengan sofware CFX bukan membuat model secara nyata di lapangan. 2.1 Peralatan dan bahan a) Peralatan Proses analisa menggunakan simulasi dengan bantuan komputer, sehingga memerlukan spesifikasi komputer yang memadai agar dapat menghasilkan data yang akurat atau mendekati kondisi riil. Berbagai spesifikasi computer yang dapat digunakan yaitu : - Sistem Operasi Windows 2000, Windows XP Professional, Windows XP 64 dan berbagai platform untuk sistem operasi Linux yang cocok - Procesor Intel Pentium 4 Dual Core atau lebih tinggi - Memori (RAM) minimal 512 MB (atau lebih tinggi lebih baik) - VGA minimal 512 MB (atau 1 GB) - Layar dengan resolusi minimal 1024 x 768 pixel b) Bahan Bahan yang digunakan dalam analisa ini adalah data dan spesifikasi teknis kapal Wicitra Dharma dengan type ferry Ro-Ro, yang meliputi principle dimension kapal. Untuk hal-hal lain yang akan dianalisa selanjutnya adalah berdasarkan analisa umum serta pertimbanganpertimbangan yang terkait dengan masalah seperti temperatur udara tropis di Indonesia diambil nilainya sebesar 25 o C. 2.2 Prosedur pelaksanaan a. Telaah Pustaka Berbagai literatur yang mendukung proses pengerjaan skripsi ini dapat diperoleh dari berbagai sumber, misalnya Perpustakaan Pusat Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Ruang Baca FTK-ITS dan Ruang Baca Jurusan Teknik Sistem Perkapalan. Selain itu berbagai website yang mendukung juga telah dikunjungi untuk mendapatkan tambahan ilmu yang dibutuhkan seperti tutorial software Maxsurf dan CFX. b. Pengumpulan data Data yang digunakan yakni spesifikasi teknis kapal Wicitra Dharma milik PT Dharma Lautan Utama. c. Pengolahan data untuk pemodelan Pemodelan yang dilakukan adalah pada bagian rudder kapal, propeller dan body buritan kapal. Pemodelan menggunakan softwaresoftware terkait, yakni: - Maxsurf Professional dan Hullspeed Program maxsurf ini digunakan untuk memodelkan bentuk lambung kapal baik yang tercelup maupun yang berada di atas permukaan air, sehingga diperoleh desain kapal secara tiga dimensi. Program hullspeed digunakan untuk menganalisa bentuk kapal yang telah didesain oleh maxsurf, sehingga diperoleh data-data yang berhubungan dengan badan kapal seperti volume displacement, coefficient prismatic, dll. - Ansys CFX Pada software ini akan dimodelkan rudder dan peletakannya, kemudian dibuat body untuk menentukan domain dari fluida. Dalam kasus ini yang akan dianalisa yaitu fluida air. Setelah itu langkah selanjutnya adalah melakukan meshing terhadap objek tersebut. Meshing dilakukan dengan tujuan untuk memecah-mecah bagian utuh dari suatu objek menjadi grid kecil untuk kemudian dilakukan running atas tujuan tertentu. Semakin banyak grid yang digunakan maka running yang dilakukan akan memberikan hasil makin akurat karena apa yang terjadi pada tiap luasan objek dapat diketahui semakin detail. Program ini akan menganalisa badan kapal serta propeller yang telah dimeshing; dengan cara mengalirkan fluida dan mengamati hasilnya. - Program lain yang diperlukan Program lain yang membantu antara lain: autocad (untuk membantu pada saat menggambar propeller), microsoft excel (untuk perhitungan), microsoft word (untuk pembuatan laporan). d. Validasi dan analisa hasil pemodelan Hasil running dari pemodelan memberikan berbagai data baru untuk dianalisa selanjutnya menjadi nilai-nilai yang menjadi tujuan analisa ini. Yaitu akan didapatkan datadata seperti kecepatan fluida, gaya lift, gaya drag

3 dan arah aliran fluida. Yang tidak kalah pentingnya adalah proses visualisasi dari hasil running tersebut untuk mengetahui distribusi kecepatan dan tekanan pada dinding rudder yang dianalisa. e. Kesimpulan dan Saran Setelah proses pengerjaan analisa data dan pembahasan di atas, maka dapat ditarik kesimpulan dan rekomendasi bagi pengerjaan dimasa yang akan datang. Berikut adalah diagram alir pengerjaan skripsi ini : III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 3.1 Umum Pada tahap ini akan diuraikan langkah-langkah pembuatan model dan dilanjutkan dengan langkah simulasi pada variasi model yang telah dibuat dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Computational Fluid Dinamic (CFD). Perancangan model didasarkan pada batasan-batasan yang telah dijelaskan pada bab awal tulisan ini. Ada beberapa tahapan yang harus dilalui untuk bisa mendapatkan data-data hasil simulasi yang selanjutnya akan diolah untuk dianalisa lebih lanjut. Antara satu tahap dengan tahap yang lain saling terkait dan tidak bisa dipisahkan. Kapal yang akan dijadikan objek penelitian dalam skripsi ini adalah kapal jenis Ferry Ro-Ro KMP. Wicitra Dharma 571 GT. Data-data kapal tersebut adalah sebagai berikut : LOA = 53,25 m LWL = 49 m LPP = m B = 12,60 m H = 3,60 m Cb = 0.67 T = 2,60 m Vs = 10 knot = 5.14 m/s Engine = 2 x 1000 HP 3.2 Model lambung Kapal Kapal ini dimodelkan dengan menggunakan program maxsurf sehingga diperoleh desain kapal secara tiga dimensi. Untuk dapat dibuka pada software ANSYS CFX maka hasil file dari maxsurf diexport ke program Hydrolink, dari program hydrolink ini file di save as menjadi bentuk *igs. Gambar 2.1 Flowchart Penulisan Skripsi Gambar 4.1 Model kapal Gambar 3.2 Model lambung kapal 3.3 Model Rudder Dari principle dimention kapal tersebut dapat dihitung luasan rudder yakni masing-masing single rudder dan double rudder. Setelah diperoleh parameter penggambaran rudder, maka dapat digambarkan pada software ANSYS CFX. Perencanaan rudder tersebut sebagai berikut : Bentuk rudder = Spade rudder Profil rudder = NACA 0015 Type Kemudi = balancir Rasio = 1.8 Single rudder Single rudder ini menggunakan type balance dengan NACA 0015 dengan ukuran sebagai berikut : Luas (A) = 2.14 m 2 lebar (chord) = 1.09 m

4 tinggi (span) = m Double rudder Double rudder ini menggunakan type balance dengan NACA 0015 dengan ukuran sebagai berikut : Luas (A) = m 2 lebar (chord) = m tinggi (span) = m Gambar 3.5 Variasi posisi rudder Sedangkan untuk yang single rudder posisinya berada tepat di centerline. Untuk lebih jelasnya variasi rudder ini dapat dilihat pada table berikut : Gambar 3.3 Model rudder No Tabel 3.1 Variasi Posisi Rudder Variasi Jarak rudder dari centreline Variasi sudut ( 0 ) 3.4 Model Propeler Propeller yang digunakan untuk proses simulasi menggunakan propeller type B-series. Diameter propeller yang digunakan adalah sebesar meter dengan jumlah blade 4 buah. Gambar 3.4 Model Propeller Setelah pembuatan masing-masing model selesai maka ketiga model tersebut digabungkan pada Ansys Icem CFD. Setelah itu model akan divariasikan berdasarkan jumlah dan jarak rudder dari centreline seperti pada tabel berikut ini : 3.5 Variasi Posisi Rudder Posisi rudder divariasikan dengan memindahkan jaraknya dari centerline kapal. Jarak dari centre line diberi variable l dan L, dimana l adalah jarak rudder yang direncanakan dari centre line dan L adalah jarak rudder sebenarnya (original) dari centerline. Kemudian untuk mengetahui perbedaan gaya-gaya pada rudder, maka dilakukan variasi sudut pada masing-masing model, yaitu 15 0, 25 0 dan Variasi posisi rudder ini dilakukan untuk menganalisa pengaruh perpindahan rudder, sehingga diperoleh trendline dari gaya lift yang bekerja pada rudder. Selain itu juga akan diperoleh data kecepatan, dimana data ini akan diolah untuk mendapatkan waktu manoeuvring. Untuk mendapatkan jarak yang direncanakan dari variasi posisi rudder maka digunakan persamaan berikut : m (80 %) m (90%) m (100%) m (110%) 2.82 m (120 %) 5 6 Single rudder

5 3.6 Simulasi Model Setelah masing-masing variasi model selesai dimeshing maka langkah selanjutnya yaitu disimulasikan dengan tahap tahap sebagai berikut : Domain Domain merupakan daerah batas atau ruang lingkup fluida dimana fluida tersebut berada dan bekerja. Pada simulasi ini akan dibuat dua domain yaitu domain rotating dan domain stationer dimana fluida yang bekerja pada kedua domain tersebut adalah air. Pada domain rotating, fluida kerja yang melewati suatu model akan berputar pada putaran tertentu. Dimana model yang termasuk ke dalam domain rotating ini yaitu propeller. Pada simulasi ini direncanakan pada putaran propeller sebesar 400 Rpm. Sedangkan pada domain stationer, area yang meliputi ke dalam domain ini yaitu rudder. Aliran fluida yang bekerja pada saat melewati domain ini bergerak translasi. Untuk menghubungkan sebuah domain dengan domain lainnya diperlukan domain interface. Pada simulasi ini digunakan domain interface untuk menghubungkan domain diam dan berputar. Parameterparameter yang digunakan : Tipe interface : fluid-fluid Model interface : General connection Frame change : Frozen rotor Boundary Boundary merupakan batasan atau area dimana fluida dan benda yang akan dianalisa berada. Bentuk boundary biasanya bervariasi tergantung objek yang dianalisa. Dalam hal ini boundary yang digunakan berbentuk persegi. Boundary dibuat untuk mengetahui karakteristik benda dan fluida agar mendekati dengan kondisi yang sebenarnya. Kondisi batas yang dibentuk diantaranya berupa inlet yaitu sebagai saluran masuknya fluida, outlet sebagai saluran keluarnya fluida dan wall (dinding pembatas) yang digunakan sebagai boundary pada model (propeller dan rudder) serta silinder pembatas aliran fluida. rotating, input parameter yang digunakan adalah massflow rate dengan ketentuan berikut. Q = V A. A (4) = V A. ¼ π D 2 m 3 /s = V A. ¼ π D 2.ρ air laut V A (advance velocity) merupakan kecepatan fluida dibagian buritan kapal. V A = Vs(1-w) Dimana, w = wave fraction untuk twin screw, yang dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : dimana : a B = Jarak antara 2 poros [m] = 4.7 m = Lebar Kapal [m] = 12.6 m Cp = koefisien prismatik = Cb pp / C m C m = koefisien midship = Am / ( B m x T ) A m = luasan midship = (B x T) 2(R 2 -{1/4 x π x R 2 }) R = jari jari bilga = 0,16 x T = 0,16 x 2.6 = m Jadi, A m = (12.60 x 2.60) 2( {1/4 x 3.14 x }) = = m 2 C m = / (12.60 x 2.60) = Cp = 0,75 / 0,997 = 0,752 w = 0,7 x ( /12.6) = 0.7 x = V A = Vs.(1 - w) = 5.14 x ( ) = m/s Sedangkan A adalah luasan area inlet domain rotating sebagai tempat propeller. Dengan harga A sebesar 2.27 m 2 dan ρ air laut sebesar 1025,9 kg/m 3, diperoleh nilai Q sebesar kg/s Outlet Outlet merupakan bagian dari domain stationer dengan parameter yang dipakai adalah tekanan statis rata-rata sebesar 1 atm yang bersifat relative terhadap tekanan fluida pada domain. Gambar 3.6 Boundary condition untuk simulasi Keterangan : 1. Outlet 2. Wall 3. Hull 4. Rudder 5. Inlet besar untuk domain stasioner 6. Inlet kecil untuk domain rotating 7. Propeler Pada simulasi ini digunakan dua inlet untuk dua jenis domain yang telah dibuat sebelumnya, yang pertama yaitu inlet untuk domain stationer dengan parameter input berupa Va (kecepatan advance) yaitu m/s. Sedangkan untuk inlet kedua adalah bagian domain Wall Wall merupakan dinding pembatas fluida kerja yang dikondisikan pada model percobaan. Dalam simulasi ini digunakan bentuk kotak untuk meletakkan model lambung kapal dan rudder ditetapkan sebagai wall dengan parameter opening, dimana aliran fluida yang bekerja pada percobaan dianggap tidak akan memantul kembali ke dalam kotak jika mengenai kotak pembatas tersebut. Sedangkan model propeller dan rudder yang digunakan juga bertipe wall tetapi dengan parameter no slip yang artinya terdapat gesekan pada kedua model tersebut apabila dilewati fluida kerja. Solver Program solver CFD ini bertujuan untuk melakukan proses pengolahan data dengan perhitungan

6 numerik komputer dari semua parameter-parameter yang telah ditentukan pada domain dan boundary condition di atas. Pada tahap ini, parameter yang digunakan adalah : Maximum iteration = 25 Timescale control = Automatic time scale Convergence criteria (residual target) = 1 x 10-4 Iterasi di atas digunakan untuk memperoleh konvergensi, yaitu kesesuaian (matching) antara input simulasi (boundary condition dan parameter lain) atau tebakan yang diberikan dengan hasil perhitungan yang diperoleh (kriteria output). Semakin kecil selisih konvergensi maka hasil yang diperoleh semakin akurat. Post Tahap post ini bertujuan untuk menampilkan hasil pengolahan data yang telah dilakukan pada proses solver. Hasil yang diperolah dapat berupa data numerik maupun data visual. Data yang diperoleh akan digunakan sesuai dengan tujuan dari percobaan yang dilakukan dan sebagai validasi. Untuk proses validasi, data yang digunakan adalah Gaya lift yang diambil dari function calculator pada tahap post. Berikut ini adalah contoh data visual yang diambil dari tahap post berdasarkan proses simulasi. 3.7 Data yang diperoleh dari proses simulasi Pada tahap analisa ini, data yang diperoleh dari proses simulasi diambil untuk menentukan proses selanjutnya yaitu perhitungan waktu untuk manoeuvring kapal. Dimana data yang diperoleh dari proses simulasi yaitu gaya lift, gaya drag, dan kecepatan. Data tersebut diperoleh pada simulasi CFD diambil pada proses post dengan menggunakan function calculator seperti berikut ini : Gambar 3.9 Harga gaya lift pada rudder Adapun data-data yang diperoleh dari proses simulasi pada seluruh model yakni sebagai berikut : Gambar 3.7 Kontur kecepatan fluida dan streamline aliran fluida Gambar 3.8 Kontur tekanan yang terjadi pada rudder

7 Tabel 3.2 Data dari proses simulasi No Jarak Rudder (m) Sudut rudder (α) 0 Gaya lift (N) Gaya Drag (N) (80%) (90%) (100%) (110%) (120%) 6 Single rudder Portside Starboard Portside Starboard Harga (-) menunjukkan arah gaya lift ke sumbu z negatif dan harga (-) pada gaya drag menunjukkan arahnya ke sumbu x negatif.

8 3.8 Pembahasan Dari data tersebut diperoleh total gaya lift dan gaya drag dengan menggunakan rumus penjumlahan vector. Setelah diperoleh total gaya lift dan gaya drag, maka kecepatan fluida pada rudder dapat dicari yaitu dengan menggunakan rumus gaya lift sebagai berikut : L = 0,5 x CL x ρ x V 2 x A dimana : L = gaya lift dari proses simulasi CL = coefficient of lift = 2 x π x (α/180 ) α = angle of attack (sudut belokan kemudi) yaitu (15 0, 25 0, dan 35 0 ) ρ = massa jenis fluida = 1025,9 kg/m 3 V = kecepatan fluida A = luasan foil (rudder) keseluruhan. Untuk luasan rudder secara keseluruhan, agar lebih valid nilainya diambil dari proses post pada tahap simulasi dengan menggunakan function calculator. Setelah diperoleh nilai kecepatan fluida, maka akan dapat dicari waktu manoeuvringnya dengan menggunakan rumus : dimana : V = S / t (5) V = kecepatan (m/s) S = Jarak (m) t = Waktu tempuh (s) Jarak dalam hal ini yaitu tactical diameter kapal yang merupakan keliling lingkaran. Sehingga dapat dicari dengan menggunakan rumus : S = 2Πr = ΠD (6) Sedangkan tactical diameter untuk kapal penumpang menurut buku (Introduction To Naval Architecture hal 257 ) dirumuskan dengan : TD/L = 4.5 (7) dimana : TD = D = Tactical diameter (m) L = Panjang kapal (m) Dari rumus tactical diameter tersebut akan diperoleh nilai TD, sehingga nilai jarak (S) akan dapat dihitung yaitu dengan menggunakan rumus 6 di atas. Untuk memperoleh nilai kecepatan konstan pada saat turning dapat dicari dengan menggunakan rumus : Dimana : Vg = kecepatan konstan pada saat berbelok (m/s) V = kecepatan kapal sebelum berbelok (m/s) A = luasan rudder (ft 2 ) S = luasan dari centerline plane (ft 2 ) α = sudut rudder Ks = koefisien yang divariasikan dari V/SL, seperti pada tabel 4.5 V = volume displacement (ft 3 ) L = LWL kapal (ft) 1 ft = m (8) Table 3.3 Nilai Ks V/SL Ks V/SL Ks 0,04 4,25 0,10 2,27 0,05 3,77 0,11 2,13 0,06 3,33 0,12 2,02 0,07 2,97 0,13 1,94 0,08 2,68 0,14 1,88 0,09 2,45 0,15 1, Perhitungan Seperti dijelaskan sebelumnya yakni jarak manoeuvring yang merupakan keliling lingkaran dapat dicari sebagai berikut : TD/L = 4.5 TD = 4.5 x L TD = 4.5 x TD = m setelah diperoleh diameternya maka jarak (S) dapat dicari dengan menggunakan rumus (6) di atas yaitu : S = 2Πr = ΠD S = 3.14 x m S = m Selanjutnya yaitu menghitung kecepatan konstan kapal saat bermanoeuver, tapi sebelumnya akan dihitung terlebih dahulu parameter berikut ini : Ldisp = ½ (Lpp + Lwl) = m Volume displacement (V) = L x B x T x Cb = x 12.6 x 2.6 x 0.67 = 1054 m 3 = 3458 ft 3 Luasan centerline plane (S) = L x T = 49 m x 2.6 m = m 2 = ft 2 V/SL = 3458 ft 3 / ( ft 2 x ft) = 0.05 Sehingga dapat diperoleh nilai Ks dari table 4.5 di atas yaitu untuk V/SL = 0.05 maka nilai Ks = Setelah semua parameter tersebut diperoleh, maka langkah selanjutnya yaitu perhitungan kecepatan konstan kapal saat bermanoeuvring dan waktu manoeuvring kapal. Untuk perhitungan kecepatan konstan kapal saat bermanoeuvring dapat menggunakan rumus (8) di atas. Dan untuk memperoleh waktu manoeuvringnya dapat menggunakan rumus (5) di atas. Hasil dari perhitungan ini dapat dilihat pada tabel berikut ini :

9 Tabel 3.4 Perhitungan Gaya Lift Gaya Drag Luasan Rudder Coefisien Gaya Lift L (N) D (N) A (m 2 ) CL Gaya Lift 0.5 x C L x ρ x V^2 x A Va (m/s) w 1-w Vs Va/(1-w) Koefisien Ks Luas Centreline Plane S (m 2 ) Vg / Vs = (1-(α*A/Ks *S)) Kecepata n Saat Turning Tactical Diameter Vg (m/s) S (m) Waktu Tempuh t (s)

10 3.10 Analisa Grafik Data- data yang ditabulasikan dalam bentuk tabel pada subbab sebelumnya, kemudian akan di plot ke dalam bentuk grafik untuk mengetahui karakteristik dari masing masing model variasi yang telah dibuat Hubungan antara kecepatan, sudut rudder terhadap jarak rudder dari centerline Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan sudut rudder pada jarak 1.88 m dari centerline (80%). Gambar 3.8 Grafik keseluruhan hubungan kecepatan dengan sudut rudder Dari grafik tersebut di atas dapat kita amati karakteristik kecepatan fluida terhadap sudut rudder, jika rudder dipindahkan posisinya dari centerline kapal sejauh l/l. Dimana hubungan kecepatan dan sudut rudder adalah berbanding terbalik. Semakin besar sudut rudder, maka kecepatan kapal akan berkurang. Hal ini diakibatkan tahanan pada rudder meningkat seiring dengan meningkatnya sudut serangan pada rudder (angle of attack), sehingga kapal akan berbelok ke kanan apabila rudder dieksekusi ke bagian starboard kapal. Akibat eksekusi rudder pada sudut tertentu, maka akan muncul gaya - gaya yang bekerja pada rudder, yaitu berupa gaya lift yang tegak lurus dengan arah aliran dan gaya drag yang searah dengan aliran. Gaya-gaya yang bekerja pada rudder tersebut akan mengakibatkan kapal berbelok. Dari grafik tersebut di atas, maka dapat dianalisis bahwa semakin jauh jarak rudder dari centerline maka kecepatan kapal saat berbelok akan meningkat. Seperti pada grafik di atas dimana pada rasio l/l= 120% (2.82 m) merupakan jarak terbaik. Sedangkan rasio l/l = 100% (2.35 m) yang merupakan jarak original masih berada di bawah rasio l/l= 120%. Namun jika dilihat dari jumlah ruddernya, double rudder jauh lebih baik dibandingkan dengan single rudder. Hal ini dapat diamati pada grafik. Dimana untuk single rudder, kecepatan kapal pada saat berbelok jauh lebih rendah dibandingkan dengan double rudder. Hal ini dikarenakan semakin dekat jarak rudder ke centerline maka terjadi penurunan gaya dorong dari propeller. Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan sudut rudder pada jarak m dari centerline (90%) Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan sudut rudder pada jarak 2.35 m dari centerline (100%) Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan sudut rudder pada jarak m dari centerline (110%)

11 lebih kecil dibandingkan double rudder. Sehingga membutuhkan waktu lebih untuk melakukan satu putaran dibandingkan double rudder. Seperti dijelaskan sebelumnya, hal ini disebabkan gaya dorong dari propeller yang masuk ke rudder semakin kecil karena terlalu jauh dari propeller. Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan sudut rudder pada jarak 2.82 m dari centerline (120%) Gambar 3.16 Grafik hubungan kecepatan dengan waktu pada jarak 1.88 m dari centerline (80%). Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan sudut rudder pada single rudder Hubungan antara kecepatan dan waktu terhadap jarak rudder dari centerline Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan waktu pada jarak m dari centerline (90%). Gambar 3.15 Grafik keseluruhan hubungan kecepatan dengan waktu tempuh Pada grafik di atas, dapat dianalisa bahwa semakin meningkat kecepatan kapal saat berbelok, maka waktu yang dibutuhkan akan semakin kecil. Peningkatan kecepatan ini seiring dengan meningkatnya jarak rudder dari centerline. Rasio l/l =120% (2.82 m) merupakan jarak terjauh dari centerline dan memiliki kecepatan tertinggi dari yang lainnya. Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin jauh jarak rudder dari centerline kapal akan semakin baik. Dan sebaliknya semakin dekat jarak rudder ke centerline maka kecepatan kapal saat berbelok akan semakin kecil. Hal ini diakibatkan gaya dorong dari propeller akan semakin kecil yang mengenai rudder. Seperti halnya pada single rudder yaitu kecepatan untuk single rudder jauh Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan waktu pada jarak 2.35 m dari centerline (100%). Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan waktu pada jarak m dari centerline (110%).

12 Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan waktu pada jarak 2.82 m dari centerline (120%). drag dan komponen P y tegak lurus P x berarah ke samping disebut lift. Gaya lift atau gaya angkat merupakan gaya yang tegak lurus terhadap arah aliran fluida. Menurut Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan fluida maka tekanannya akan mengecil. Dengan demikian akan terjadi perbedaan tekanan antara fluida bagian bawah dan atas rudder, hal inilah yang menciptakan gaya angkat L. Jika kita amati pada grafik di atas, gaya lift terbesar berada pada jarak rudder terjauh dari centerline yaitu pada rasio l/l = 120% (2.82 m) dan gaya lift terkecil yaitu pada single rudder. Seiring dengan peningkatan sudut rudder maka gaya lift pada rudder juga akan meningkat. Gambar Grafik hubungan kecepatan dengan waktu pada single rudder Hubungan antara gaya lift, gaya drag dan sudut rudder terhadap jarak rudder dari centerline Gambar Grafik hubungan gaya lift dan sudut rudder terhadap jarak rudder dari centreline Dengan adanya kemudi yang membentuk sudut serangan α pada kecepatan konstan V timbullah gaya daun kemudi P yang tidak simetri. Gaya inilah yang menyebabkan perubahan arah gerak kapal. Gaya P ini dapat diuraikan dalam sebuah gaya lift L yang tegak lurus terhadap aliran dan gaya drag D yang searah aliran. Resultan kedua gaya tersebut menghasilkan gaya P yang dapat diuraikan menjadi dua komponen, yaitu komponen P x pada centerline kapal, berarah ke belakang yang disebut Gambar Grafik hubungan gaya drag dan sudut rudder terhadap jarak rudder dari centreline Drag adalah gaya ke belakang atau searah dengan aliran fluida. Pada grafik tersebut dapat kita amati bahwa gaya drag akan meningkat seiring dengan meningkatnya sudut pada rudder. Gaya drag tertinggi berada pada rasio l/l = 120% (2.82 m) dan gaya drag terendah pada single rudder. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin jauh jarak rudder dari centreline kapal maka gaya dragnya akan semakin tinggi dan sebaliknya semakin dekat jarak rudder ke centerline maka gaya dragnya akan semakin rendah. Dari grafik di atas dapat kita amati bahwa, gaya lift lebih besar dibandingkan gaya drag. 4.1 Kesimpulan Setelah melakukan semua simulasi model yang direncanakan, dan berdasarkan hasil analisa serta pembahasan maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Semakin jauh jarak rudder dari centerline kapal, maka waktu yang dibutuhkan untuk berbelok akan semakin kecil dan sebaliknya semakin dekat jarak rudder ke centerline maka waktu yang dibutuhkan semakin besar. 2. Double rudder lebih baik digunakan dibandingkan single rudder, karena double rudder menghasilkan waktu paling kecil jika dibandingkan single rudder. 3. Posisi rudder paling optimal berada pada rasio l/l =120% atau 2.82 m dari centerline kapal, karena menghasilkan waktu berbelok paling kecil. 4. Gaya lift dan gaya drag terbesar berada pada rasio l/l =120% atu 2.82 m dari centerline dan gaya lift terkecil berada pada single rudder. 5. Kecepatan aliran fluida yang melewati rudder juga dipengaruhi oleh variasi peletakan yang

13 dilakukan, dimana semakin jauh jaraknya dari centerline maka kecepatan fluida akan semakin besar dan sebaliknya. 4.2 Saran Ada beberapa hal yang dirasa perlu dikembangkan untuk penelitian selanjutnya. Untuk itu saran-saran yang diberikan oleh penulis untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut: 1. Memperbanyak jumlah iterasi baik pada proses penggambaran model (meshing) dan proses simulasi agar hasil yang didapatkan lebih maksimal. 2. Menambah variasi peletakan rudder yaitu dengan memvariasikan jarak rudder dari propeller untuk analisis yang lebih dalam dan pengaruhnya terhadap gaya lift serta waktu manoeuvring yang dihasilkan. 3. Selain itu perlu juga disiapkan juga pengetahuan yang cukup tentang metode CFD terutama yang berbasis Free Surface agar waktu pengerjaan lebih optimal. DAFTAR PUSTAKA _ Spesifikasi Teknis Kapal Wicitra Dharma. PT.Dharma Lautan Utama Adji, Suryo W Engine Propeller Matching. Diktat Mata Kuliah Propulsi. JTSP-FTK-ITS BKI section 14 - Rudder and Manoeuvring Arrangement. Modul Tutorial ANSYS-CFX Studi Kasus Foil, Laboratorium Perancangan dan Rekayasa Jurusan Teknik System Perkapalan, Surabaya. Rossell, Henry E. dan Chapman, Lawrence B Principles of Naval Architecture The society of Naval Architects and Marine Engineers 74 trinity place, New York 6,N.Y. Rawson K.J Basic Ship Theory. Butterworth Heinemann Tupper, Eric C. Introduction to naval Architecture. Butterworth Heinemann Verlag, Seehafen Manoeuvring Technical Manual.