ANALISIS STABILITAS KAPAL ISAP TIMAH MODEL KATAMARAN (CATAMARAN)

ANALISIS STABILITAS KAPAL ISAP TIMAH MODEL KATAMARAN (CATAMARAN) Firlya Rosa 1, I Wayan Suweca 2 Dosen Universitas Bangka Belitung 1, Dosen Institut Teknologi Bandung 2 Jalan Merdeka No.4 Pangkal Pinang 1, Jalan Ganesha 10 Bandung Sur-el: firlya@ubb.ac.id 1, csuweca@edc.ms.itb.ac.id 2 Abstract: Tin mining activity at sea needs appropriate the tin production suction dredger which environment-friendly, operated safely and economically. The existing tin production suction dredger, which is simply designed by two sided cylinders of catamaran model, is operated under evaluation where it is note quipped with stability analysis. The aim of this research is to analyze the existing tin production suction dredger stability. The analysis of tin production suction dredger stability done through full load (1000 kg weight), half-full load (500 kg weight) and without load (before operation) then to be compared to The International Maritime Organization (IMO) standard of characteristics of stability. Keywords: Catamaran Model, IMO Static Stability. Abstrak: Penambangan timah yang dilakukan di laut memerlukan kapal isap timah yang sesuai dengan kondisi lingkungan, dengan harga dan biaya operasional yang murah serta aman. Kapal isap timah pertama yang dibuat masih dalam tahap uji coba yang telah dibuat dengan rancangan sederhana yang terdiri dari dua buah silinder lambung kapal (model katamaran/catamaran) di mana belum dilengkapi dengan analisa stabilitas kapal. Penelitian ini dilakukan untuk menghitung stabilitas kapal isap timah yang dianalisa pada kapal isap timah dalam kondisi muatan penuh (berkapasitas 1000 kg), muatan menengah (berkapasitas 500 kg) dan muatan kosong (sebelum beroperasi) di mana data-data geometri dan besar muatan kapal isap timah mengacu kepada kapal isap timah yang ada. Untuk perhitungan kestabilan kapal menggunakan bantuan software maxsurf. Hasil perhitungan kestabilan kapal isap timah akan dibandingkan dengan standar karakteristik stabilitas IMO (International Maritime Organization). Kata Kunci: Model Katamaran, Stabilitas IMO 1. PENDAHULUAN Dengan adanya peraturan pemerintah daerah yang mengijinkan penambangan timah oleh masyarakat umum pada tahun 1999, maka menimbulkan penambangan timah di semua daerah di Kepulauan Bangka Belitung oleh masyarakat. Penambangan timah ini dapat dilakukan di daratan maupun di lautan. Untuk penambangan di laut, diperlukan kapal isap maupun kapal keruk untuk mengangkat material dari dasar laut. Mengingat penambangan di laut dilakukan oleh masyarakat dengan biaya operasi yang kecil, maka masyarakat menggunakan kapal isap timah yang masih bersifat tradisional/perahu untuk menangkap ikan. Pengambilan pasir timah di laut memerlukan penyelam sebagai operator dalam menjalankan pipa isap yang fleksibel di bawah laut yang dalam beberapa kasus membuat penyelam mendapat beberapa masalah dan mengalami kecelakaan yang serius bahkan sampai meninggal. Sedangkan untuk kapal isap yang aman dalam pengoperasiannya memiliki harga, biaya perawatan dan biaya operasi yang tinggi. Untuk mengatasi hal tersebut, maka dirancang kapal isap timah yang sederhana Analisa Kapal Isap Model Katamaran (Firlya Rosa & I Wayan Suweca) 11

dengan ukuran 3 meter x 10 meter dengan konstruksi pengelasan yang dilengkapi dengan alat penghisap, dengan mesin diesel berdaya 24 HP untuk menggerakkan 2 (dua) unit pompa isap dan jig dan steering winch (saringan) sebagai alat pemisah timah. Konstruksi dasar dari kapal isap timah ini terdiri dari 2 (dua) unit ponton baja dengan ukuran 800x8000 mm dengan struktur utama dari kapal isap timah ini seperti yang ditunjukkan oleh gambar 1. 2. METODOLOGI PENELITIAN Secara detail metoda penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1) Pengumpulan Data Data didapatkan dengan mengumpulkan data material, dimensi dan geomteri kapal isap timah yang telah dibuat seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. 2) Analisa Berat dan Titik Pusat Gravitasi (Barrass, B. D., 2006) Dari data-data yang didapatkan, maka didapatkan berat dan titik pusat gravitasi total kapal isap timah seperti yang terdapat tabel 2 dengan menggunakan formula: w tot =w p +w r +w s +w ws +w wb +w pd +w m (1) Gambar 1. Rancangan kapal isap timah Perancangan dan pembuatan kapal isap timah dilakukan secara ekperimental tanpa memperhitungkan aspek kestabilan. Untuk itu, dalam penelitian ini dilakukan analisa kestabilan yang disesuaikan dengan standar karakteristik kestabilan IMO (International Maritime Organization). Tujuan penelitian ini adalah menganalisis kestabilan kapal isap timah dengan jenis lambung katamaran (catamaran) pada beberapa variasi muatan, yaitu muatan kosong, muatan menengah dan muatan penuh. Hasil analisa akan dibandingkan dengan standar karakteristik kestabilan IMO. di mana: w tot w p w r w s w ws w wb = berat total kapal isap timah = berat ponton = berat rangka, deck, pagar dan atap = berat saringan = berat winch gerakan samping = berat winch bandul w pd = berat dudukan dan mesin-mesin w m pendukung = berat muatan Untuk titik pusat gravitasi menggunakan metoda momen, yaitu: x G = w i.x i w i (2) y G = w i.y i w i (3) dimana: z G = w i.z i w i (4) 12 Jurnal Ilmiah TEKNO Vol.11 No.1, April 2014: 11-20

x g w i = titik pusat gravitasi total arah sumbu x = berat masing-masing bagian kapal isap timah x i = titik pusat gravitasi masing-masing bagian kapal isap timah pada arah sumbu x y g = titik pusat gravitasi total arah sumbu y y i = titik pusat gravitasi masing-masing bagian kapal isap timah pada arah sumbu y z g = titik pusat gravitasi total arah sumbu z z i = titik pusat gravitasi masing-masing bagian kapal isap timah pada arah sumbu z 3) Analisa Struktur Ponton Kapal Isap Timah Analisa ponton berdasarkan kestabilan kapal dengan memperhitungkan variasi berat muatan timah yang diambil dari laut yang berada di atas kapal isap timah, yaitu : muatan kosong, muatan menengah (kapasitas timah 500 kg) dan muatan penuh (kapasitas timah 1000 kg) dengan menggunakan software maxsurf dan software hydromax. 4) Dibandingkan dengan Standar IMO Hasil analisa kemudian dibandingkan persyaratan yang telah distandarkan oleh International Maritime Organization (IMO) yang terdiri dari 3 (tiga) kriteria, yaitu: a ) A.749(18) Ch3 - Design criteria applicable to all ships section 3.1.2.2 :Besar GZ 200 mm b ) A.749(18) Ch3 - Design criteria applicable to all ships section 3.1.2.3:GZ 25 Selain itu, persyaratan kestabilan arah semanjang (GML ) harus lebih besar dari 0. 2.1 Rancangan Kapal Isap Timah Kapal isap timah terdiri dari 6 (enam) bagian yang dapat dilihat pada gambar 3 (Prayitnoadi R.P., 2009), yaitu: a) Ponton, yang terbuat dari material baja b) Rangka, geladak, pagar dan atap, dimana rangka, pagar, atap dan dudukan geladak terbuat dari material baja dan permukaan geladak terbuat dari material kayu c) Saringan terbuat dari material kayu d) Struktur winch gerakan samping terbuat dari material baja. e) Struktur winch bandul terbuat dari material baja. f) Dudukan dan mesin-mesin pendukung dimana dudukan terbuat dari material kayu Kapal isap timah dilengkapi dengan jangkar yang dihubungkan menggunakan tali kawat (sling) ke strukturwinch gerakan samping sebagai pengerak ke arah kiri dan kanan (searah dengan sumbu y). Struktur winch bandul berfungsi sebagai penggerak naik turunnya penghisap material yang dihubungkan dengan selang. Untuk pergerakan ke arah depan dan belakang (searah dengan sumbu x) menggunakan kapal tarik. Adapun dimensi luar dan parameter awal dalam perhitungan kestabilan kapal isap timah dapat dilihat pada tabel 1. c ) A.749(18) Ch3 - Design criteria applicable to all ships section 3.1.2.4 (GMt) 150 mm Analisa Kapal Isap Model Katamaran (Firlya Rosa & I Wayan Suweca) 13

Tabel 1. Parameter Awal Kapal Isap Timah No Nama Bagian Nilai 1 Panjang ponton, L=Lpp [mm] 8000 2 Diameter ponton, D [mm] 800 3 Lebar ponton, B [mm] 800 4 Total lebar kapal, B0 [mm] 3000 5 Tebal ponton, t [mm] 3 6 Massa jenis air laut, ρ 1.025E-06 [kg/mm 3 ] 2.2 Kestabilan Kapal Isap Timah Kestabilan kapal isap timah dalam penelitian ini dianalisa berdasarkan berat dan titik pusat massa kapal secara keseluruhan yang diukur pada kondisi muatan kosong, muatan menengah dan muatan penuh. Ada beberapa kondisi yang harus dipenuhi dalam penelitian ini, yaitu: 1) Pada semua kondisi, kapal isap timah harus dalam kondisi stabil atau disebut dengan stabilitas positif. Kesabilan positif adalah benda kembali ke posisi awal, gaya apung ke atas dan gaya berat kapal merupakan kopel yang menyebabkan benda tersebut akan kembali berdiri tegak lagi (Biran, 2003). 2) Pada kondisi muatan menengah, kapal isap timah harus dalam keadaan seimbang. Benda yang mengapung dinyatakan seimbang kalau titik berat/pusat massa (G) dan titik tekannya/titik pusat apung (B) berada pada satu garis yang tegak lurus dengan permukaan air (Sofi'i, 2008). 3) Stabilitas yang di analisa adalah stabilitas statis (statical stability) yang berlaku untuk kapal yang diam dan mengalami kemiringan sampai sudut tertentu yang ditentukan oleh besarnya momen pengembali. Stabilitas statis (Samosir, 1997) terdiri dari: a) Stabilitas awal (initial stability), tinjauan dilakukan terhadap stabilitas didasarkan pada titik metasentrik (dinotasikan dengan M) terhadap titik pusat massa (dinotasikan dengan G) dan juga jarak antara titik pusat massa dengan titik metasentrik (yang dinotasikan dengan GM). Tinjauan ini berlaku untuk sudut inklinasi yang kecil, dimana titik metasentrik diasumsikan tetap b) Stabilitas lanjut (large stability), tinjauan dilakukan dengan sudut kemiringan yang besar, di mana posisi titik M tidak tetap, dan yang menentukan stabilitas kapal adalah besar lengan momen pengembali (righting arm) GZ. Gambar 2. Bagian-bagian kapal isap timah 14 Jurnal Ilmiah TEKNO Vol.11 No.1, April 2014: 11-20

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisa Berat dan Titik Pusat Massa Berdasarkan geometri kapal isap timah, maka didapatkan berat dan titik pusat massa kapal isap timah yang ada dapat dilihat pada tabel 2. Dari tabel 2 didapatkan bahwa titik pusat massa kapal isap timah pada muatan kosong pada posisi 4198.2, -37.9, 470.9, muatan menengah pada posisi 3962.4, -33.0, 534.9 dan muatan penuh pada posisi 3780.7, -29.2, 584.6 dari titik acuan 0,0,0 yang terletak pada buritan kapal. Tabel 2. Berat Total dan Titik Pusat Massa Total Kapal Isap Timah yang Ada Kriteria Muatan Berat (w) (kg) Jarak Titik Pusat Massa Per Bagian ke Titik Pusat Massa Acuan x y z Kosong 3358.3 4198.2-37.9 470.9 Menengah 3858.3 3962.4-33.0 534.9 Penuh 4358.3 3780.7-29.2 584.6 Volume benda ( ) yang dipindahkan dihitung berdasarkan hukum Archimedes (Biran, 2003), yaitu: = W G " (5) Tinggi sarat yang terjadi pada muatan kosong diasumsikan 1/5 kali lebar bidang air = 320 mm Perhitungan koefisien blok (Cb) awal berdasarkan rumus (Rawson, K. E.,2001) : C b = BTL = 0.67 (6) dimana nilai C b adalah 0.36 0.92 (Lewis, 1988). Tabel 1 dan tabel 2 digunakan sebagai parameter awal yang digunakan untuk perhitungan hidrostatik dengan menggunakan software maxsurf. Dengan bantuan software maxsurf maka didapatkan kurva hidsrostatik yang dapat dilihat pada gambar 4 dan analisa keseimbangan yang dapat dilihat tabel 3. Untuk sectional area curve kapal isap timah dapat dilihat pada gambar 5. 3.2 Pembentukan Body Plan dan Profile Analisa kapal dilakukan pada saat kapal isap timah dalam kondisi muatan penuh. Untuk itu perlu dibuat body plan dari lambung sebuah kapal. Dalam penelitian ini, body plan yang dibuat adalah ponton seperti yang terlihat pada gambar 3. Berdasarkan tabel 2, maka didapatkan: Tinggi dari titik pusat massa dari dasar kapal (KG). Gambar 3. Body Plan Kapal Isap Timah Analisa Kapal Isap Model Katamaran (Firlya Rosa & I Wayan Suweca) 15

Luas Area (mm2) Sarat (mm) Tabel 3. Hasil Analisa Keseimbangan Kapal Isap Timah Berbagai Variasi Muatan Nama Variasi Muatan [Kg] 0 500 1000 Draft Amidsh. mm 341.9 380.4 418.6 Displacement kg 3358.0 3858.0 4358.0 Heel to Starboard degrees -0.5-0.5-0.5 Draft at FP mm 381.6 371.7 361.1 Draft at AP mm 302.2 389.1 476.0 Draft at LCF mm 342.1 380.4 418.5 Waterpl. Area mm^2 12622016.3 12761109.0 12721803.9 Block Coeff. 0.7 0.7 0.7 LCB from zero pt. mm 4204.3 3960.8 3770.4 LCF from zero pt. mm 4019.7 3998.3 4009.0 KB mm 199.4 219.5 241.8 KG fluid mm 871.4 935.5 984.6 BMt mm 4862.4 4282.8 3779.0 BML mm 20523.8 18083.4 15920.7 GMt corrected mm 4190.7 3567.2 3036.3 GML corrected mm 19852.2 17367.8 15178.1 KMt mm 5061.8 4502.3 4020.7 KML mm 20723.2 18303.0 16162.5 Immersion (TPc) tonne/cm 0.1 0.1 0.1 Trim angle (+ve by stern) deg -0.6 0.1 0.8 600.0 400.0 3.3 Perhitungan Stabilitas Melintang 3.3.1 Stabilitas Awal (Initial Stability) Berdasarkan diagram benda bebas pada arah melintang seperti yang terlihat pada gambar 6 dan data hidrostatik yang dihasilkan dari software maxsurf pada tabel 3 maka didapatkan diagram metasentrik melintang pada gambar 7 dan data awal analisa kesetimbangan pada muatan penuh yang dapat dilihat tabel 4. Tabel 4. Hasil Analisa Stabilitas Awal Kapal Isap Timah Berbagai Variasi Muatan Kriteria Variasi Muatan (Kg) 0 500 1000 Tinggi sarat, 320.0 362.1 407.3 T [mm] Jarak KB 186.2 209.4 241.8 [mm] Jarak KMt 22733.1 19889.1 16162.5 [mm] Jarak GMt 21652.5 18529.6 15178.1 [mm] 200.0 0.0 0 5000 10000 15000 20000 KB (mm), KG (Kg), BMt (mm), Gambar 4. Kurva Hidrostatika Kapal Isap Timah 5.0E+05 4.0E+05 3.0E+05 2.0E+05 1.0E+05 0.0E+00-2000 3000 8000 L=Lpp = 8000 Gambar 6. Diagram Benda Bebas Arah Melintang Kapal Isap Timah dengan Muatan Penuh Gambar 5. Sectional Area Curve Kapal Isap Timah 16 Jurnal Ilmiah TEKNO Vol.11 No.1, April 2014: 11-20

GMt (mm) KB dan KMt (mm) GZ (mm) 2.0E+04 1000 1.5E+04 1.0E+04 5.0E+03 KMt 800 600 400 200 Muatan kosong Muatan menengah Muatan penuh 0.0E+00 Gambar 7. Diagram Metasentrik Melintang Kapal Isap Timah Berdasarkan analisa stabilitas awal, tinggi GMt kapal isap timah dengan variasi tinggi draft/sarat yang dapat dilihat pada gambar 8 yang menunjukkan bahwa tinggi GMt pada berbagai variasi muatan mempunyai nilai lebih besar dari 0.15.Kondisi ini sesuai dengan persyaratan yang telah distandarkan oleh IMO bahwa GMt 0.15. Gambar 8. Tinggi Gm Melintang Kapal Isap Timah 3.3.2 Stabilitas Lanjut Dari software maxsurf didapatkan besar besar lengan momen pengembali (GZ) pada berbagai variasi muatan yang dapat dilihat pada tabel 5, kurva stabilitas statis yangdapat dilihat gambar 9. 2.0E+04 1.5E+04 1.0E+04 5.0E+03 0.0E+00 KB 0 200 400 600 Sarat (mm) 0 100 200 300 400 500 Sarat (mm) 0 Gambar 9. Stabilitas Statiskapal Isap Timah Tabel 5. Hasil Analisa Stabilitas Lanjut terhadap KN dan GZ pada Kapal Isap Timah Besar KN [mm] dan GZ [mm] pada Variasi Sudu Muatan t ( ) 0 kg 500 kg 1000 kg KN GZ KN GZ KN GZ 0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5 436.9 360.9 391.5 309.9 346.1 260.3 10 831.9 680.4 747.4 584.8 662.8 491.8 15 1108.1 882.2 1011.4 769.0 914.7 659.9 20 1157.0 858.6 1081.2 760.9 1005.3 668.5 25 1153.2 784.4 1081.0 685.3 1008.8 592.7 30 1139.9 703.6 1068.1 599.9 996.2 503.9 Dari tabel 5 dan gambar 10 didapatkan bahwa: 1) Besar lengan momen pengembali (GZ) pada kondisi muatan kosong akan naik sampai dengan sudut 15 dan kemudian menurun pada sudut di atas 15. 2) Besar lengan momen pengembali (GZ) pada kondisi muatan menengah akan naik sampai dengan sudut 15 dan kemudian menurun pada sudut di atas 15. 3) Besar lengan momen pengembali (GZ) pada kondisi muatan penuh akan naik sampai dengan sudut 20 dan kemudian menurun pada sudut di atas 20. Data-data yang didapatkan dari analisa stabilitas lanjut kemudian dibandingkan dengan standar karakteristik IMO yang dapat dilihat pada tabel 6. 0 20 40 Sudut Kemiringan ( ) Analisa Kapal Isap Model Katamaran (Firlya Rosa & I Wayan Suweca) 17

GML (mm) KB dan KML (mm) Tabel 6. Hasil Analisa Stabilitas Memanjang Kapal Isap Timah Kriteria Variasi Muatan (Kg) 0 500 1000 Tinggi sarat, T [mm] 320.00 362.11 407.30 Jarak KB [mm] 186.18 209.36 241.75 Jarak KML [mm] 22733.09 19889.13 16162.50 Jarak GML [mm] 21652.47 18529.64 15178.11 Dengan menggunakan software maxsurf maka didapatkan hasil analisa stabilitas memanjang untuk beberapa variasi muatan yang dapat dilihat pada tabel 7. Dari tabel tersebut diketahui bahwa kapal mengalami kemiringan yang disebabkan oleh berat kapal itu sendiri yang dapat dilihat pada gambar 10. Hasil analisa metasentrik memanjang (GML ) dapat dilihat seperti pada gambar 11 dan tinggi GML dapat dilihat pada gambar 12. 1.0E+05 8.0E+04 6.0E+04 4.0E+04 2.0E+04 0.0E+00 Gambar 11. Diagram Metasentrik Memanjang Pada Kapal Isap Timah 8.0E+04 7.0E+04 6.0E+04 5.0E+04 4.0E+04 3.0E+04 2.0E+04 KML KB 0 100 200 300 400 500 Sarat (mm) 1.0E+04 0.0E+00 0 100 200 300 400 500 Sarat (mm) Gambar 10. Kemiringan Memanjang (trim) pada Kapal Isap Timah Gambar 12. Tinggi GML Memanjang pada Kapal Isap Timah Tabel 7. Hasil Stabilitas Melintang Kapal Isap Timah Dibandingkan dengan Standar IMO Kode IMO Kriteria Units A.749(18) Ch3 - Design criteria applicable to all ships section 3.1.2.2 A.749(18) Ch3 - Design criteria applicable to all ships section 3.1.2.3 A.749(18) Ch3 - Design criteria applicable to all ships section 3.1.2.4 Besar GZ 200 mm Sudut maksimum GZ 25 Nilai GMt 150 mm Variasi Muatan 0 kg 500 kg 1000 kg Actual Status Actual Status Actual Status mm 749.7 Sesuai 713.6 Sesuai 528.8 Sesuai deg 20 Tidak Sesuai 21 Tidak Sesuai 20 Tidak Sesuai mm 4192.4 Sesuai 3567.0 Sesuai 3037.7 Sesuai 18 Jurnal Ilmiah TEKNO Vol.11 No.1, April 2014: 11-20

4. SIMPULAN Berdasarkan hasil analisa dengan menggunakan softwaremaxsurf, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1) Berdasarkan analisa stabilitas melintang didapatkan GMt untuk muatan kosong sebesar 4192.4 mm, GMt untuk muatan 500 kg sebesar 3567.0 mm dan GMt untuk muatan 1000 kg sebesar 3037.7 mm. Dari data tersebut dapat dikatakan bahwa kapal dalam keadaan stabil. Kapal dikatakan dalam keadaan stabil jika mengalami kemiringan cenderung kembali ke posisi awal (Barrass, 2006). Hal ini mengharuskan titik pusat gravitasi berada di bawah titik metasentrik. Untuk itu, kapal harus mempunyai tinggi titik metasentrik bernilai positif GMt > 0, di mana umumnya nilai standar GMt > 0.15 m (Schneekluth, 1998). Untuk besar lengan momen pengembali GZ telah memenuhi standar karakteristik IMO. Sedangkan sudut minimum yang diperlukan GZ (GZ 25 ) belum memenuhi standar karakteristik IMO di mana besar sudut GZ pada kapal isap timah yang ada adalah 20. 2) Untuk analisa stabilitas memanjang, tinggi GM L telah memenuhi standar yang telah ditentukan (GM L 0) (Barrass, 2006). Analisa Kapal Isap Model Katamaran (Firlya Rosa & I Wayan Suweca) 19

DAFTAR RUJUKAN Barrass, B. D. 2006. Ship Stability for Masters and Mates, Sixth Edition. Butterworth- Heinemann. Oxford. Biran, A. 2003. Ship Hydrostatics and Stability. Butterworth-Heinemann. Oxford. International Maritime Organization, I. L. Lloyd's Register. Lewis, E. V. 1988. Principles of Naval Architecture Second Revision. The Society of Naval Architecs and Marine Engineers. Jersey City. Prayitnoadi R.P., R. P. 2009. Mini Production Suction Dredge for Small Scale Tin Mining in Bangka Belitung Island Indonesia. Online. (Diakses http://www.ubb.ac.id/, 18 Agustus 2009). Rawson, K. E. 2001. Basic Ship Theory, Volume 1, Fifth Edition. Butterworth-Heinemann. Oxford. Samosir, F. A. 1997. Perencanaan Awal Stabilitas Kapal Sungai Tipe Katamaran. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Jakarta. Schneekluth, H. V. 1998. Ship Design for Efficiency and Economy, Second edition. Butterworth-Heinemann. Oxford. Sofi'i, M. I. 2008. Teknik Konstruksi Kapal Baja, Jilid 1. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional. Jakarta. 20 Jurnal Ilmiah TEKNO Vol.11 No.1, April 2014: 11-20