Merencana Garis. Merencana Garis.

Transkripsi

1 Merencana Garis Gaguk Suhardjito FreeboardForum 2006 [email protected] halaman1

2 Ukuran Utama Kapal Ukuran Utama Kapal << LBP, Bmld, Tmld, Dmld, Freeboard dan CB >> berpengaruh terhadap : Stabilitas Kapasitas ruang muat Kebutuhan daya mesin Efisiensi ekonomi Penentuan Ukuran Utama dilakukan secara iteratif mengikuti sekuense sebagai berikut : Estimasi Displasemen <diestimasi dgn ratio DWT/Displasemen> Penentuan LBP <fungsi dari Displasemen dan Kecepatan> Penentuan CB & CM <fungsi dari Fn (Froude Number)> Penentuan Bmld,Tmld & Dmld <sesuai kebutuhan ruang, stabilitas, freeboard dan cadangan daya apung> Berdasarkan daerah pelayaran dan galangan kapal yang ada, ukuran utama dibatasi oleh Pintu air, Kanal, Jembatan dan panjang Slipways Panjang Kapal Pada umumnya panjang kapal ditentukan dari ukuran kapal yang sama atau formula/dalil dan diagram yang diturunkan dari database kapal yang sama. Dalil Schneekluth Dalil Ayre Dalil Posdunine Dalil Volker LBP = 0.3. V ,2. (CB + 0,5) / {(0,145/Fn)+0,5} L/n 1/3 = 3,33 + 1,67 ( V/L 0,5 ) L = C {(V/(V+2)} 2. n 1/3 L/n 1/3 = 3,5 + 4,5. V/(g n 1/3 ) 0,5 Metode Pengecekan Panjang Kapal [email protected] halaman2

3 Metode pengecekan panjang kapal pada umumnya dilakukan dengan cara pengecekan eksternal dan pengecekan thd Froude Number (Fn) Pengecekan eksternal meliputi pembatasan panjang akibat dari Slipway, Panjang Dok, Pintu air atau Pelabuhan Pengecekan thd Froude Number (Fn) untuk memastikan apakah terjadi interferensi sistem gelombang bagian depan dan buritan kapal, menurut Jensen 1994, daerah 0,25 < Fn < 0,27 dan 0,37 < Fn < 0,5 harus dihindari karena akan terjadi interferensi/crash antara gelombang haluan dan gelombang bahu depan (forward shoulder) Untuk mengubah Fn yang tidak diharapkan menjadi Fn yang diharapkan bisa dilakukan dengan cara : Mengubah panjang Mengubah bentuk lambung Mengubah kecepatan Lebar Kapal dan Stabilitas Lebar kapal sangat berpengaruh terhadap stabilitas dan terhadap biaya produksi/operasi, Penambahan Lebar kapal dengan displasemen yang sama akan mengakibatkan : Penambahan tahanan kapal dan penambahan kebutuhan daya mesin Sarat kapal menjadi rendah, diameter propeller menjadi lebih kecil sehingga effisiensinya pun lebih rendah Penambahan konstruksi pada dasar kapal dan geladak yang berakibat pada berat baja kapal yang meningkat Item diatas mengakibatkan biaya produksi yang lebih tinggi!!! Stabilitas awal yang lebih besar KM menjadi lebih besar dan KG menjadi lebih rendah Kurva stabilitas menjadi lebih curam pada kemiringan awal dengan kemungkinan memperkecil range Sarat kapal yang rendah tidak menjadi masalah apabila terjadi pembatasan terhadapnya Tinggi, Sarat dan Freeboard (Lambung timbul) Sarat kapal (Tmld) sering dibatasi oleh kedalam air laut, terutama untuk Kapal Supertanker Kapal Curah Kapal Pengangkut pisang Kapal antar pulau [email protected] halaman3

4 Kapal dengan sarat yang besar akan memberikan keuntungan Tahanan yang lebih rendah Kemungkinan pemasangan diameter propeller yang lebih besar Tinggi kapal (Dmld) menentukan volume kapal dan freeboard, tinggi kapal menentukan biaya produksi, kenaikan 10% tinggi kapal berakibat penambahan 8% berat baja pada L/D = 10 dan 4% pada L/D=14. Tinggi kapal juga berpengaruh terhadap kekuatan memanjang, bila tinggi kapal diperkecil, flens harus diperkuat untuk menjaga modulus penampang, lambung kapal juga harus diperkuat agar mampu menyalurkan shear forces. Kapal dengan tinggi yang lebih rendah akan mengalami defleksi yang lebih besar yang bisa mengakibatkan kerusakan pipa-pipa, poros, ceiling dan komponen lainnya. Penentuan tinggi kapal (Dmld) harus dicek terlebih dahulu ; Freeboard yang merupakan perbedaan antara Tinggi dengan Sarat, harus dicek kesesuaiannya dengan peraturan yang berlaku Tinggi kapal harus menghasilkan volume dibawah geladak dan volume ruang muat yang didinginkan Posisi Centre of Gravity (KG) harus dicek untuk memastikan MG kapal memenuhi sarat, KG tergantung dari tinggi kapal. Standar MG muatan penuh Ocean going passanger ship 1,5 2,2 m Inland passanger ship 0,5 1,5 m Tug 1,0 m Cargo ship 0,8 1,0 m Containership 0,3 0,6 m Koefisien Blok & Koefisien Prismatik Koefisien Blok (CB), Koefisien Prismatik (CP), Koefisien Luas TengahKapal (MSA) dan Titik Apung Memanjang (LCB) menentukan Length of entrance body, Length of parallel midle body dan Length of run body. Length of Run Body Paralel Middle Body Length of Entance Body A midship B.T LBP Section Area Curve (CSA) [email protected] halaman4

5 Koefisien Midship (CM) Pengaruh CM terhadap tahanan kapal, penambahan CM dengan CB konstan berakibat Penambahan panjang run pengurangan tahanan kapal Penambahan panjang entance pengurangan tahanan gelombang Penambahan luas permukaan basah penambahan tahanan gesek Pengaruh CM terhadap kelengkungan kurva, harga CM yang tinggi berakibat radius bilga yang lebih kecil, sehingga kelengkungan pelat kapal yang lebih kecil hal tersebut akan menurunkan biaya produksi. Ukuran dan bentuk Midship Section pada kapal kontainer- disesuaikan dengan kebutuhan peletakan kontainer pada kapal. Kapal dengan harga CM yang lebih kecil akan mudah mengalami rolling dibanding dengan kapal bercm tinggi, oleh karenanya diperlukan bilge keel untuk mengurangi efek tersebut. Disarikan dari H, Scheekluth & V. Bertram (1998), Ship Design for Efficiency and Economy, Butterorth Heinemann halaman5

6 Desain Lambung Desain Lambung : Statement of the Problem Desain lambung pada umumnya dilakukan dengan menganggap kapal berada diperairan tenang, 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 geladak Desain lambung/garis 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 0,15-0,18 0,21 0,24 >0,45 CB 0,80 0,70 0,65 0,46-0,54 CP 0,809-0,805 0,715 0,664 0,56-0,64 Perhatian khusus dalam hal desain garis harus diberikan pada : Lindblad(1961) & Todd (1945) Bentuk dari Sectional Area Curve (CSA) yang merupakan distribusi displasemen 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 lambung Desain Lambung : Desain Bentuk CSA Desain Sectional Area Curve (CSA) bisa 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. [email protected] halaman6

7 Froude Number yang merupakan konstanta non dimensi bisa dihitung dengan Rumus : Fn = V/ ( g.l ) 0,5 Penentuan Koefisien Prismatik bisa dilakukan dengan berbagai, 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 diagram dibawah ini : Main Dimension Froude Number LCB CP aft CP fore Koefisien Prismatik (CP) CB, CWP, CM Sectional Area Curve (CSA) [email protected] halaman7

8 Penentuan LCB bisa dilakukan dengan berbagai rumus pendekatan diantaranya LCB/L = (8,80-38,9 Fn)/100 LCB/L = - 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 Setelah CSA berhasil didesain dengan pengecekan terhadap konsistensi Displasemen dan LCB, dari diagram tersebut ditentukan panjang : PMB aft & PMB fore Run Body & Entrance Body Desain Lambung : Desain Bentuk Midship Hampir semua kapal barang /Cargo ship didesain dengan dasar datar/flat bottom pada bagian tengah kapal, rise of floor masih banyak dijumpai pada kapal dengan CM <0,9. Pada kapal Container Midship Section didesain dengan bentuk trapesium guna meningkatkan efisiensi ruang muat. Berbagai contoh Midship section [email protected] halaman8

9 R R r Radius Bilga tanpa rise of foor Radius Bilga dengan rise of floor R 2 = 2,33 ( 1 CM ) B. T R 2 = { 2BH ( 1 CM ) ( B. r ) } / Pada beberapa kapal kontainer midship section didesain dengan bentuk trapesium guna meningkatkan efisiensi ruang muat. R Dengan luas MSA dan sarat yang sama, bentuk trapesoid lebih lebar, kapal akan memiliki WSA yang lebih kecil dan CB yang lebih kecil sehigga tahanan menjadi lebih kecil. [email protected] halaman9

10 Desain Lambung : Linggi Depan dan Bentuk Haluan Berbagai bentuk haluan kapal Bagian depan kapal/ Bow dapat dibedakan dari bentuknya : Bentuk standar ( bulbless), Bentuk bulbous bow dan Bentuk khusus misalnya bow untuk kapal 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. [email protected] halaman10

11 Bentuk Station/section haluan Station/section bagian depan haluan kapal memiliki bentuk U atau V. Bentuk Station V, memiliki kelebihan-kelebihan 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 ) / i E CP 0,55 0,60 0,75 0,70 0,75 0,80 0,85 8 o 9 o 9-10 o o o 33 o 37 o i E [email protected] halaman11

12 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. Desain Lambung : Linggi Buritan dan Bentuk Buritan 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. [email protected] halaman12

13 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 Masing-masing 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. [email protected] halaman13

14 Propeller clearance berpengaruh terhadap : 1. Kebutuhan daya mesin 2. Getaran 3. Diameter propeller dan putaran optimum propeller 4. Fluktuasi pada torsi [email protected] halaman14

15 Step by Step Merencana Garis Ukuran Utama Kapal : Jenis Kapal : Kontainer LBP : 80 m Bmld : 11,40 m Dmld : 6,10 m Tmld : 4,75 m Vs : 12 knots 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 / 28 Fn = 0,220 Menurut Jensen 1994, CB = - 4, ,8 (Fn) 1/2 39,1 Fn + 46,6 Fn 3 untuk 0,15<Fn<0,32 CB = - 4, ,8 (0,22) 1/2 39,1 * 0, ,6 * 0,22 3 CB = 0,71 CM = 1 / ( 1 + ( 1 CB) 3,5 ) [email protected] halaman15

16 CM = 1 / ( 1 + ( 1 0,71) 3,5 ) CM = 0,987 Menurut H. Schneekluth CWP = ( CB ) / 3 CWP = ( ,71 ) / 3 CWP = 0,86 CP = CB / CM CP = 0,71 / 0,987 CP = 0,7193 Menurut Jensen 1994, LCB / LBP = ( 8,80 38,9 Fn ) / 100 LCB / LBP = - 0, ,194 * CP untuk tanker / Bulker LCB / LBP = ( 8,80 38,9 * 0,220 ) / 100 LCB / LBP = 0,00242 LCB = 0,00242 * 80 LCB = + 0,193 m LCB = + 0,242 % LBP [email protected] halaman16

17 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 terbaca CPA = 0,715 CPF = 0,725 [email protected] halaman17

18 Dengan bantuan diagram Hamlin, masing-masing 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 masing-masing 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. [email protected] halaman18

19 Tabel Luas Station No. Station pada Diagram No. Station pada Gambar - A - B 20 AP 19,5 0, ,5 1, ,5 18, ,5 19, Luas Station / Luas Midship Luas Station Station A dan station B adalah station cant part, nilainya terbaca pada diagram csa [email protected] halaman19

20 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. Length of Run Body Paralel Middle Body Length of Entance Body A midship B.T A B AP LBP LWL FP 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, [email protected] halaman20

21 Perhitungan Displasemen dan LCB bisa menggunakan tabel dibawah ini No. Station Luas Station Faktor Faktor pada Gambar A Simpson (FS) Momen (FM) A 1 * x - ( x) B 4 * x - ( 10 + x ) AP ( x + 0,5 ) ,5 2-9, ,5 2-8,5 2 1, ,5 8 18,5 2 8, ,5 2 9,5 20 0,5 10 Hasil A * FS Σ 1 Σ 2 Hasil A * FM x = [( LWL + LBP ) / 2] / h h = LBP / 20 Volume Displasemen = 1/3 * h * Σ 1 ( m 3 ) LCB = Σ 1 / Σ 2 * h ( m ) Pemeriksaan akurasi ( Displ target Displ perhitungan ) / Displ target x 100 % < 0,5 % ( LCB target LCB perhitungan ) / LBP < 0,2 % [email protected] halaman21

22 Parameter bentuk lambung pada dasarnya digunakan untuk mengontrol bentuk lambung sesuai dengan desain yang diinginkan, Parameter-parameter tsb adalah : 1. Panjang Paralel Midle Body 2. Panjang Run Body 3. Panjang Entrance body 4. Parallel Main Deck 5. Midship section 6. Parallel Bottom 7. Profil sisi kapal, Sheer Plan, Fore Castle deck dan Poop Deck 8. Garis Singgung Sisi ( Side Tangent ) 9. Bentuk Haluan kapal, meliputi Stem profile, Station Haluan danujung depan garis air muat 10. Bentuk Buritan kapal, meliputi Stern contour, Propeller clearance dan Station buritan Parameter ini harus didesain terlebih dulu sebelum desain masing-masing station dikerjakan. [email protected] halaman22

23 Station didesain berdasarkan data CSA dan Parameter lambung, Kurva CSA memberikan besarnya luas station, Parameter lambung memberikan informasi tentang bondary condition pada masing-masing station. halaman23

24 Berbagai Bentuk Lambung Kapal Kapal Pengangkut Kendaraan Car Carrier Kapal Tanker Tanker Kapal Penangkap Ikan Fishing Ship halaman24

25 Kapal Penumpang Passanger Ship Kapal Pengangkut LNG LNG Carrier Kapal Penyeberangan Ferry Roro halaman25

26 Kapal Kontainer Container Ship Kapal Barang Berat Heavy General Cargo Kapal Pengangkut Kendaraan Car Carrier halaman26

27 Kapal Barang Berat Heavy General Cargo Kapal Dok Ship Dock Kapal Pesiar Cruiser halaman27

28 Kapal Pengangkut Kendaraan Car Carrier Kapal Penumpang Katamaran Catamaran Passanger Ship Kapal Pengangkut Berat Heavy Lift halaman28