STUDI PERBANDINGAN HAMBATAN TOTAL TONGKANG PELAT DATAR MODEL DENGAN DAN TANPA CAT BIOPOLIMER DARI MINYAK KULIT KACANG METE Bartolomeus Ridwan Simanjorang Teknik Perkapalan, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru Depok, Indonesia e-mail : barto@outlook.co.id Abstrak Batubara adalah salah satu komoditas ekspor terbesar Indonesia, namun pengangkutan batubara masih belum efisien dalam penggunaan bahan bakar. Terbatasnya cadangan minyak dunia memerlukan inovasi dalam rangka mecnapai pengurangan konsumsi bahan bakar pada kendaraan laut. Salah satu solusi untuk meningkatkan efisiensi adalah dengan mengurangi hambatan total kapal dengan menggunakan cat biopolimer. Biopolimer dipilih karena bersifat biodegradable. Biopolimer yang akan diuji coba adalah minyak kulit mete (Cashew Nut Shell Liquid/CNSL). Penelitian dilakukan dengan uji coba tongkang pelat datar model di kolam percobaan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh cat biopolimer dari CNSL terhadap hambatan total kapal. Hasil ditunjukkan dalam grafik hubungan koefisien hambatan total dengan variasi bilangan Froude. Penelitian menunjukkan bahwa penggunaan cat biopolimer dari CNSL dapat mengurangi hambatan gesek kapal dimulai pada bilangan Froude 0.3466 pada kondisi tanpa beban dan 0.3178 pada kondisi diberikan beban 3 kilogram. Kata kunci: hambatan total, minyak kulit kacang mete. Abstract Coal is one of Indonesia s largest export commodity, yet still not efficient in fuel use. Limited world s oil reserve requires innovation in order to achieve fuel consumption reduction on marine vehicles. One solution to improve efficency is to reduce ship s total resistance by using biopolymer paint. Biopolymer chosen because it has biodegradable properties. Biopolymer to be tested is the cashew nut shell liquid (CNSL). The study was conducted by using a flat plat barge models to investigate the biopolymer paint effect against ship s total resistance. The results are shown on the graph as a function of the drag coefficient and Froude number. It shows that the use of CNSL biopolymer paint can reduce ship s total resistance begins at Froude number 0.3466 with no-load and 0.3178 with 3 kilograms load. Keywords: total resistance, cashew nut shell liquid.
1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang The world merchant fleet expanded to 960.0 million deadweight tons (DWT) at the beginning of 2006, a remarkable 7.2% increase, and the highest since 1989, when world merchant fleet started the recovery of 1980 slump. Newbuilding deliveries increased to 70.5 million DWT, and tonnage broken up and lost was a modest 6.3 million DWT, which left a net gain of 64.2 million DWT. (United Nations Conference on Trade and Development, 2006) Pertumbuhan jumlah kapal berbanding lurus dengan pertumbuhan jumlah barang yang diproduksi dan digunakan oleh manusia. Namun seiring berjalannya waktu, dunia menghadapi permasalahan lain, energi fosil yang selama ini merupakan sumber energi utama bersifat tidak terbarukan. Minyak bumi memiliki jumlah yang terbatas dan membutuhkan banyak waktu dan biaya untuk melakukan eksplorasi. Makin menipisnya jumlah cadangan minyak terbukti membuat pemanfaatan energi fosil sebagai bahan bakar kapal yang lebih efisien menjadi salah satu perhatian masyarakat dunia. Penggunaan bahan bakar yang sehemat mungkin menjadi hal yang sangat penting. Pembuatan kapal baru tidak hanya mensyaratkan kapal mampu mengangkut barang dalam jumlah besar, namun juga memiliki efisiensi dalam penggunaan bahan bakar. Salah satu jenis kapal yang digunakan untuk keperluan transportasi adalah tongkang (barge). A barge is a flat-bottomed boat, built mainly for river and canal transport of heavy goods. Some barges are not-self propelled and need to be towed or pushed by towboats (Chrisholm, 1991). Seiring dengan perkembangan teknologi, kini terdapat tongkang yang sudah dilengkapi dengan mesin penggerak, tongkang ini disebut self propelled barge. Self propelled barge menghasilkan 5% penghematan bahan bakar dibandingkan dengan tongkang standar yang berupa sebuah set tongkang dan tugboat dalam mengangkut jumlah beban yang sama. (Handling, 2013). Umumnya, kapal berbentuk lengkung (streamline), namun terdapat alternatif lain yaitu kapal pelat datar (flat hull). Kapal pelat datar merupakan kapal dengan lambung yang terdiri dari pelat-pelat datar tanpa di-bending terlebih dahulu. Pembuatan kapal tanpa proses bending dapat memberikan kemudahan dalam proses perakitan dan memungkinkan pengurangan pekerjaan pelengkungan pelat. Kapal pelat datar pertama kali dirancang oleh Prof. Gallin dari TU Delft pada tahun 1977-1979 untuk kapal kontainer Pioneer. Selanjutnya kapal pelat datar dikembangkan di Indonesia oleh Ir. Hadi Tresno Wibowo, M.T.. Kapal pelat datar dikembangkan ke berbagai jenis kapal, salah satunya adalah tongkang pelat datar. Secara umum, suatu kapal yang bergerak maju di atas gelombang akan mengalami suatu perlawanan yang disebut hambatan. Hambatan tersebut merupakan gaya fluida yang melawan gerakan kapal, dimana sama dengan gaya fluida yang bekerja sejajar dengan sumbu gerakan kapal. (Harvald, 1984, p.43). Bertram (2000) mengemukakan bahwa hambatan total (total resistance) dapat dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu residual resistance (R R ) dan dan skin friction resistance (R FO ). Lebih lanjut disajikan dalam Gambar 1.1. Gambar 1. Diagram komponen hambatan kapal (Bertram, 2000) Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengurangi hambatan adalah menggunakan polimer dan coating. Penggunaan polimer dan coating terkendala masalah lingkungan karena terdapat polimer yang tidak ramah lingkungan. Setelah melakukan beberapa penelitian, diketahui bahwa minyak kulit kacang mete (Cashew Nut Shell Liquid/CNSL) dapat digunakan sebagai polimer dan ramah lingkungan. 1.2. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui cat biopolimer dari CNSL akan menghasilkan hambatan yang lebih kecil dibandingkan dengan cat kapal biasa. 1.3. Metodologi Penelitian Penelitian dilakukan dengan metodologi sebagai berikut: 1. Studi literatur Studi ini dilakukan untuk mendapatkan informasi, data-data teoritis serta perkembangan penelitian serupa melalui buku, jurnal, artikel, skripsi, dan literatur lainnya yang mendukung. 2. Percobaan di laboratorium Percobaan dilakukan untuk mendapatkan data yang diperlukan dalam penelitian. Percobaan menggunakan tongkang pelat datar model dengan ukuran:
Panjang kapal : 101 m = 101 cm Lebar (B) : 26 m = 26 cm Tinggi (H) : 10 m = 10 cm Skala : 1:100 Percobaan dilakukan dengan menggunakan dua variasi cat, yaitu cat kapal dan cat biopolimer dari CNSL. Percobaan dilakukan dengan melakukan uji tarik dengan mengalirkan listrik pada dinamo motor listrik. Aliran listrik yang mengalir diatur dengan cara mengubah voltage Percobaan dilakukan dengan dua kondisi beban, kosong dan diberi beban seberat 3 (tiga) kilogram. Nilai hambatan tercatat secara otomatis pada komputer melalui load cell yang diletakkan di tongkang pelat datar model. Waktu yang dicatat menggunakan aplikasi stopwatch digital yang ada pada smartphone.!! =!!!!!!!! dimana: Fr : bilangan Froude V : kecepatan kapal g : gaya gravitasi (9.814 m/s 2 ) L : panjang kapal (m) R T : gaya resistansi kapal (kg) ρ : massa jenis air (kg/m 3 ) S : luas bidang basah (m 2 ) (2.2) 3. Pengumpulan data Data kecepatan tongkang pelat datar model hasil percobaan berdasarkan variasi tegangan pada motor penarik stopwatch digital. Data perhitungan dari hasil pengujian kapal model. 4. Pengolahan dan analisis data Analisa mengenai perbandingan hambatan tongkang pelat datar model dengan cat kapal biasa dengan cat biopolimer dari CNSL. Kesimpulan 5. Penyusunan laporan Pada tahap ini, seluruh data percobaan, hasil pengolahan data dan literatur pendukung dirangkum dan disusun kedalam bentuk tulisan sebagai bentuk laporan skripsi. 2. Landasan Teori 2.1. Hambatan Kapal Hambatan kapal pada suatu kecepatan adalah gaya fluida yang bekerja pada kapal sedemikian rupa sehingga melawan gerakan kapal tersebut. Hambatan tersebut sama dengan komponen gaya fluida yang bekerja sejajar dengan sumbu gerak kapal. Umumnya, dalam hidrodinamika kapal, kata resistansi lebih sering digunakan. Contoh grafik diberikan pada Gambar 2.1, dimana absis adalah Bilangan Froude:!! =!!" (2.1) dan ordinat merupakan koefisien resistansi yang didefiniskan oleh: Gambar 2 Kurva koefisien resistansi (Harvald, 1983) 2.1.1. Hambatan Gesek Bagi suatu benda yang bergerak dalam fluida, adanya viskositas akan menimbulkan gesekan. Pengaruh gesekan dalam situasi fisik ini tergantung pada jenis fluida dan pola alirannya. Untuk menyeragamkan cara menghitung gesekan permukaan, The International Towing Tank Conference (ITTC) tahun 1957 memberikan persetujuan dengan rumus sebagai berikut:!! =!,!"#!"#!"!"!!! (2.4) Bilangan Reynolds merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida. Bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia terhadap gaya viskos yang mengkuantifikasikan kedua hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. (Falkovich, 2011). Bilangan ini digunakan untuk mengidentifikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Rumus bilangan Froudes umumnya diberikan sebagai berikut:!" =!.!.!!!" =!.!! dimana: Re : bilangan Reynolds ρ : densitas fluida (2.5) (2.6)
V : kecepatan kapal µ : viskositas absolut fluida dinamis L : panjang kapal (m) ϑ : viskositas kinematik (m 2 /s) 2.1.2. Hambatan Gelombang Kapal yang bergerak dalam air akan mengalami hambatan sehingga menyebabkan terbentuknya suatu sistem gelombang. Sistem gelombang ini terbentuk akibat terjadinya variasi tekanan air terhadap lambung kapal pada saat kapal bergerak dengan kecepatan tertentu. Ada tiga jenis gelombang yang biasanya akan terbentuk pada saat kapal bergerak yaitu gelombang haluan, gelombang melintang pada sisi lambung dan gelombang buritan. Energi yang dibutuhkan untuk membentuk sistem gelombang ini diperoleh dari gerakan kapal sendiri. Pemindahan energi ini dianggap menggambarkan adanya suatu gaya yang menghambat gerak maju dari kapal dan dianggap sebagai hambatan gelombang. 2.1.3. Hambatan Bentuk Hambatan bentuk terjadi karena terbentuknya partikelpartikel air yang bergerak dalam suatu pusaran (eddy). Pusaran-pusaran ini terjadi antara lain karena bentukbentuk yang tidak streamline, bentuk ini terdapat di bagian belakang kapal. Akibat terjadinya arus eddy ini, pada bagian buritan tekanan yang terjadi tidak dapat mengimbangi tekanan pada bagian depan sehingga menimbulkan suatu gaya yang melawan gerak maju dari kapal. 2.1.4. Hambatan Udara Hambatan udara terjadi pada badan kapal yang berada di atas permukaan air. Seperti halnya pada badan kapal yang berada di bawah garis air, maka hambatan udara juga terbagi menjadi dua, yaitu hambatan gesek dan hambatan bentuk. Hambatan udara berkisar 2-4%, nilai ini tidak berlaku pada saat cuaca buruk. 2.1.5. Hambatan Tambahan Hambatan ini terjadi karena adanya penonjolan daripada alat-alat bantu pada lambung kapal seperti kemudi, lunas sayap, zinc anode, bentuk buritan, dan lain-lain. Besarnya hambatan ini dapat mencapai sepuluh persen dari hambatan total yang dialami. 2.2. Polimer p.1). Istilah polimer digunakan untuk menggambarkan molekul raksasa atau rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit kecil yang berulang-ulang sebagai blok-blok penyusunnya. Berdasarkan asalnya polimer dapat dibagi menjadi dua yaitu polimer sintetis dan polimer alami (biopolimer). Polimer sintetis diturunkan dari minyak bumi dan dibuat oleh ilmuwan dan insinyur. Sedangkan polimer alami (biopolimer) didapatkan dari alam dan dapat diekstrak. (CMU, Natural vs Synthetic Polymers, paragraf 1) Biopolimer adalah polimer yang dihasilkan oleh organisme hidup. Beberapa biopolimer bersifat biodegredable, yang artinya dapat diuraikan menjadi CO2 dan air oleh mikroorganisme. Ditambah, beberapa biopolimer yang bersifat biodegredable adalah compostable. Jika biodegredable diartikan dapat dikonsumsi oleh mikroorganisme dan dapat kembali ke senyawa yang ditemukan di alam, compostable dikhususkan bahwa polimer tersebut dapat menjadi kompos. (Princeton, Biopolymer, paragraf 1 dan 3). Polimer biodegredable dapat diperoleh dengan tiga cara, biosintesis, bioteknologi, dan dengan proses sintesis kimia. 2.2.1. Cashew Nut Shell Liquid Minyak kulit biji mete merupakan cairan kental berwarna coklat tua yang dikenal dengan nama CNSL (Cashew Nut Shell Liquid) karena diperoleh dari hasil ekstraksi kulit gelondong mete. Nair et a.l, (1979) menyatakan minyak kulit biji mete dalam kulit mete terdapat pada lapisan mesokarp, yaitu lapisan tengah yang memiliki struktur seperti sarang lebah yang mampu memberikan perlindungan pada kernel dari gangguan serangga (Waliy, 2013, p.46). Mahanwar (1996) mengemukakan komponen penyusun minyak kulit biji mete terdiri atas asam anakardat, kardol, kardanol, dan metil kardol (Waliy, 2013, p. 46). 3. Metodologi Penelitian 3.1. Tongkang Pelat Datar Model Percobaan mengenai pembandingan gaya hambat pada percobaan ini menggunakan sebuah tongkang pelat datar model. Tongkang model ini mendapatkan variasi, yang pertama menggunakan cat Hempel, dan kedua menggunakan cat biopolimer dari CNSL. Tongkang pelat datar model ini memiliki dimensi sebagai berikut: L=101cm, B=26cm, T=10cm. Tongkang ditampilkan pada Gambar 3. A polymer is a very large molecule comprising hundreds or thousands of atoms, formed by successive linking of one or two, occasionally more, types of small molecules into chain or network structures (Hall, 1984,
Gambar 5. Motor penarik dan AC voltage regulator Gambar 3 Tongkang pelat datar model 3.2. Skematik Pengujian Pengambilan data pada percobaan ini dengan melakukan uji tarik. Pelaksanaan uji tarik dilaksanakan di kolam, dikarenakan ukuran kapal model yang besar sehingga tidak efisien untuk dilakukan uji tarik di laboratorium Teknik Perkapalan Universitas Indonesia. Lokasi pelaksanaan uji tarik adalah di PT. SKWR yang beralamat di Jalan Yos Sudarso, Daan Mogot km 19. Dimensi kolam ini adalah 16,5 m x 16,5 m x 2 m. Gambar kolam ditunjukkan pada Gambar 4. 4. Pengolahan dan Analisis Data 4.1. Perhitungan Data Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan data berupa waktu tempuh kapal dalam satuan detik dan hambatan total kapal. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan marine paint kemudian dilanjutkan menggunakan cat biopolimer dari CNSL. Luas permukaan basah yang didapatkan menggunakan perangkat lunak AutoCAD adalah 0.25425m2. 4.1.1. Data kapal tanpa beban a. Menggunakan marine paint Data yang diperoleh pada pengambilan data menggunakan kapal model menggunakan marine paint adalah hambatan total (R T ) dan waktu tempuh (t). Dari kedua data tersebut dapat diolah untuk mendapatkan kecepatan, bilangan Froude (Fr), dan koefisien hambatan total (C T ). Data yang dihasilkan disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1. Data waktu tempuh, kecepatan, tahanan total, bilangan Froude dan koefisien tahanan total dari tongkang pelat datar model menggunakan marine paint tanpa beban Gambar 4. Kolam Uji Tarik Panjang lintasan yang dilalui kapal adalah 15 m. Kapal ditarik oleh motor penarik dengan menggunakan kabel baja. Kecepatan putar motor penarik ini diatur oleh AC Voltage Regulator. Pada AC Voltage Regulator terdapat kabel yang tersambung ke load cell yang ditaruh di center of gravity kapal model. Load cell diikatkan dengan motor penarik menggunakan tali baja. Tegangan tali baja ini akan diasumsikan sebagai besar hambatan total yang dialami kapal. Motor penarik dan AC Voltage Regulator ditunjukkan dalam Gambar 5. Waktu tempuh (s) 5.5 8.70 8.65 8.51 8.63 8.72 8.64 6 8.10 8.00 8.20 8.20 8.40 8.18 6.5 7.35 7.50 7.40 7.40 7.55 7.44 7 6.60 6.80 6.60 6.60 6.70 6.66 7.5 6.50 6.64 6.40 6.50 6.50 6.51 8 6.40 6.47 6.20 6.30 6.30 6.33 8.5 5.81 5.70 5.79 5.82 5.92 5.81 Kecepatan 5.5 0.816 0.821 0.834 0.823 0.814 0.822 6 0.877 0.888 0.866 0.866 0.845 0.868 6.5 0.966 0.947 0.960 0.960 0.940 0.954
b. Menggunakan cat biopolimer dari CNSL Data yang diperoleh pada pengambilan data menggunakan kapal model menggunakan cat biopolimer dari CNSL adalah hambatan total (R T ) dan waktu tempuh (t). Dari kedua data tersebut dapat diolah untuk mendapatkan kecepatan, bilangan Froude (Fr), dan koefisien hambatan total (C T ) Data yang dihasilkan disajikan dalam Tabel 2. Tabel 2. Data waktu tempuh, kecepatan, tahanan total, bilangan Froude dan koefisien tahanan total dari tongkang pelat datar model menggunakan marine paint tanpa beban Kecepatan 4.1.2. Data kapal dengan beban 3kg a. Menggunakan marine paint Data yang diperoleh pada pengambilan data menggunakan kapal model menggunakan cat biopolimer dari CNSL adalah hambatan total (R T ) dan waktu tempuh (t). Dari kedua data tersebut dapat diolah untuk mendapatkan kecepatan, bilangan Froude (Fr), dan koefisien hambatan total (C T ) Data yang dihasilkan disajikan dalam Tabel 3. Tabel 3. Data waktu tempuh, kecepatan, tahanan total, bilangan Froude dan koefisien tahanan total dari tongkang pelat datar model menggunakan marine paint tanpa beban Waktu tempuh (s) 7 1.076 1.044 1.076 1.076 1.060 1.066 7.5 1.092 1.070 1.109 1.092 1.092 1.091 8 1.109 1.097 1.145 1.127 1.127 1.121 8.5 1.222 1.246 1.226 1.220 1.199 1.223 Tahanan Total (kg) 5.5 1.070 1.062 1.025 1.020 1.023 1.040 6 1.062 1.066 1.028 1.048 1.037 1.049 6.5 1.063 1.051 1.071 1.062 1.051 1.060 7 1.064 1.036 1.113 1.076 1.065 1.071 7.5 1.056 1.042 1.112 1.106 1.079 1.079 8 1.048 1.048 1.111 1.137 1.093 1.087 8.5 1.138 1.035 1.149 1.152 1.107 1.116 Bilangan Froude 5.5 0.259 0.261 0.265 0.261 0.259 0.261 6 0.278 0.282 0.275 0.275 0.269 0.276 6.5 0.307 0.301 0.305 0.305 0.299 0.303 7 0.342 0.332 0.342 0.342 0.337 0.339 7.5 0.347 0.340 0.352 0.347 0.347 0.347 8 0.352 0.349 0.364 0.358 0.358 0.356 8.5 0.388 0.396 0.390 0.388 0.381 0.388 Koefisien Tahanan Total 5.5 0.124 0.122 0.114 0.116 0.119 0.119 6 0.107 0.105 0.106 0.108 0.112 0.107 6.5 0.088 0.091 0.090 0.089 0.092 0.090 7 0.071 0.073 0.074 0.072 0.073 0.073 7.5 0.068 0.070 0.070 0.072 0.070 0.070 8 0.066 0.067 0.065 0.069 0.066 0.067 8.5 0.059 0.052 0.059 0.060 0.059 0.058 Waktu tempuh (s) 5.5 10.2 10.14 9.87 9.55 10.23 10 6 9.4 9.3 9.12 9.1 9.8 9.34 6.5 8.25 7.75 7.81 7.75 8.1 7.93 7 7.1 6.2 6.5 6.4 6.4 6.52 7.5 6.3 6 6.2 6.1 6.2 6.16 8 5.6 5.8 5.9 5.7 5.8 5.76 8.5 5.11 5.23 4.98 4.8 5.08 5.04 Ratarata 0.696 0.700 0.719 0.744 0.694 0.729 0.696 0.755 0.763 0.779 0.780 0.725 0.766 0.755 0.861 0.916 0.909 0.916 0.877 0.900 0.861 1.000 1.145 1.092 1.109 1.109 1.091 1.000 1.127 1.183 1.145 1.164 1.145 1.153 1.127 1.268 1.224 1.203 1.246 1.224 1.233 1.268 1.389 1.358 1.426 1.479 1.398 1.410 1.389 Tahanan Total (kg) 5.5 0.930 0.916 0.925 0.930 0.930 0.926 6 0.938 0.928 0.936 0.939 0.934 0.935 6.5 0.980 0.976 0.976 0.974 0.976 0.977 7 1.022 1.024 1.016 1.009 1.018 1.018 7.5 1.026 1.032 1.024 1.016 1.017 1.023 8 1.030 1.040 1.031 1.022 1.017 1.028 8.5 1.068 1.084 1.068 1.055 1.055 1.066 Bilangan Froude 5.5 0.221 0.222 0.229 0.236 0.220 0.232 6 0.240 0.243 0.256 0.248 0.230 0.243 6.5 0.273 0.291 0.295 0.291 0.278 0.286 7 0.318 0.364 0.347 0.352 0.352 0.347 7.5 0.358 0.376 0.364 0.370 0.364 0.366 8 0.403 0.389 0.382 0.396 0.389 0.392 8.5 0.441 0.431 0.453 0.470 0.444 0.448 Koefisien Tahanan Total 5.5 0.148 0.144 0.138 0.130 0.149 0.135 6 0.127 0.123 0.111 0.119 0.137 0.123 6.5 0.102 0.090 0.088 0.090 0.098 0.093 7 0.079 0.060 0.066 0.063 0.064 0.066 7.5 0.062 0.057 0.060 0.058 0.060 0.060 8 0.049 0.054 0.055 0.051 0.052 0.052 8.5 0.043 0.045 0.041 0.037 0.042 0.042 Ratarata 5.5 9.35 9.22 9.3 9.2 9.12 9.24 6 8.5 8.8 8.8 8.7 8.6 8.68
b. Menggunakan cat biopolimer dari CNSL Data yang diperoleh pada pengambilan data menggunakan kapal model menggunakan cat biopolimer dari CNSL adalah hambatan total (R T ) dan waktu tempuh (t). Dari kedua data tersebut dapat diolah untuk mendapatkan kecepatan, bilangan Froude (Fr), dan koefisien hambatan total (C T ) Data yang dihasilkan disajikan dalam Tabel 4. Tabel 4. Data waktu tempuh, kecepatan, tahanan total, bilangan Froude dan koefisien tahanan total dari tongkang pelat datar model menggunakan marine paint tanpa beban 6.5 8.1 8.25 8.2 8.25 8.05 8.17 7 7.7 7.7 7.6 7.8 7.5 7.66 7.5 7.3 7.3 7.2 7.3 7.05 7.23 8 6.9 6.9 6.8 6.8 6.6 6.8 8.5 6.5 6.5 6.4 6.4 6.2 6.4 Kecepatan 5.5 0.759 0.771 0.763 0.772 0.779 0.769 6 0.835 0.807 0.807 0.816 0.826 0.818 6.5 0.879 0.864 0.871 0.863 0.886 0.873 7 0.922 0.922 0.934 0.910 0.947 0.927 7.5 0.976 0.976 0.989 0.977 1.011 0.986 8 1.029 1.029 1.044 1.044 1.076 1.044 8.5 1.092 1.092 1.109 1.109 1.145 1.110 Tahanan Total (kg) 5.5 1.098 1.076 1.069 1.068 1.077 1.078 6 1.106 1.085 1.091 1.093 1.088 1.093 6.5 1.114 1.106 1.095 1.085 1.101 1.100 7 1.122 1.127 1.098 1.076 1.115 1.108 7.5 1.130 1.135 1.122 1.108 1.126 1.124 8 1.138 1.143 1.145 1.139 1.137 1.140 8.5 1.146 1.162 1.151 1.164 1.150 1.155 Bilangan Froude 5.5 0.241 0.245 0.243 0.245 0.247 0.244 6 0.265 0.256 0.256 0.259 0.262 0.260 6.5 0.279 0.275 0.277 0.274 0.282 0.277 7 0.293 0.293 0.297 0.289 0.301 0.295 7.5 0.310 0.310 0.314 0.310 0.321 0.313 8 0.327 0.327 0.332 0.332 0.342 0.332 8.5 0.347 0.347 0.352 0.352 0.364 0.353 Koefisien Tahanan Total 5.5 0.147 0.140 0.142 0.138 0.137 0.141 6 0.122 0.129 0.129 0.127 0.123 0.126 6.5 0.111 0.114 0.112 0.112 0.108 0.112 7 0.102 0.102 0.097 0.100 0.096 0.100 7.5 0.092 0.092 0.089 0.090 0.085 0.089 8 0.083 0.083 0.081 0.081 0.076 0.081 8.5 0.074 0.075 0.072 0.073 0.068 0.072 Waktu tempuh (s) 5.5 9.35 9.22 9.3 9.2 9.12 9.24 6 8.5 8.8 8.8 8.7 8.6 8.68 6.5 8.1 8.25 8.2 8.25 8.05 8.17 7 7.7 7.7 7.6 7.8 7.5 7.66 7.5 7.3 7.3 7.2 7.3 7.05 7.23 8 6.9 6.9 6.8 6.8 6.6 6.8 8.5 6.5 6.5 6.4 6.4 6.2 6.4 Kecepatan 5.5 0.759 0.771 0.763 0.772 0.779 0.769 6 0.835 0.807 0.807 0.816 0.826 0.818 6.5 0.879 0.864 0.871 0.863 0.886 0.873 7 0.922 0.922 0.934 0.910 0.947 0.927 7.5 0.976 0.976 0.989 0.977 1.011 0.986 8 1.029 1.029 1.044 1.044 1.076 1.044 8.5 1.092 1.092 1.109 1.109 1.145 1.110 Tahanan Total (kg) 5.5 1.098 1.076 1.069 1.068 1.077 1.078 6 1.106 1.085 1.091 1.093 1.088 1.093 6.5 1.114 1.106 1.095 1.085 1.101 1.100 7 1.122 1.127 1.098 1.076 1.115 1.108 7.5 1.130 1.135 1.122 1.108 1.126 1.124 8 1.138 1.143 1.145 1.139 1.137 1.140 8.5 1.146 1.162 1.151 1.164 1.150 1.155 Bilangan Froude 5.5 0.241 0.245 0.243 0.245 0.247 0.244 6 0.265 0.256 0.256 0.259 0.262 0.260 6.5 0.279 0.275 0.277 0.274 0.282 0.277 7 0.293 0.293 0.297 0.289 0.301 0.295 7.5 0.310 0.310 0.314 0.310 0.321 0.313 8 0.327 0.327 0.332 0.332 0.342 0.332 8.5 0.347 0.347 0.352 0.352 0.364 0.353 Koefisien Tahanan Total 5.5 0.147 0.140 0.142 0.138 0.137 0.141 6 0.122 0.129 0.129 0.127 0.123 0.126 6.5 0.111 0.114 0.112 0.112 0.108 0.112 7 0.102 0.102 0.097 0.100 0.096 0.100 7.5 0.092 0.092 0.089 0.090 0.085 0.089 8 0.083 0.083 0.081 0.081 0.076 0.081 8.5 0.074 0.075 0.072 0.073 0.068 0.072 4.2. Analisis Data Setelah mendapatkan data seperti yang sudah dijabarkan sebelumnya, data tersebut dapat dibandingkan seperti ditampilkan pada Tabel 5 dan dibuat grafik seperti pada Gambar 6. Tabel 5. Data perbandingan rata kecepatan dan tahanan dari tongkang pelat datar model tanpa beban menggunakan variasi cat
Hambatan (kg) 1.15 1.10 1.05 1.00 0.95 Marine paint Kecepatan Tahanan total (kg) Cat biopolimer dari CNSL Kecepatan Tahanan total ratarata (kg) 5.5 0.822 1.040 0.711 0.926 6 0.868 1.049 0.760 0.935 6.5 0.954 1.060 0.896 0.977 7 1.066 1.071 1.091 1.018 7.5 1.091 1.079 1.153 1.023 8 1.121 1.087 1.233 1.028 8.5 1.223 1.116 1.410 1.066 Gambar 6 Grafik perbandingan hambatan total terhadap kecepatan tongkang pelat datar model tanpa beban dengan variasi cat Data pada Tabel 5 ditampilkan pada Gambar 6. Terlihat bahwa makin besar voltase yang diberikan maka semakin besar kecepatan, semakin besar pula hambatan total yang dialami kapal. Pada tongkang pelat datar model dengan marine paint, pada setiap kecepatan yang dipergunakan mendapatkan hambatan total yang lebih besar dibandingkan dengan tongkang pelat datar model dengan cat biopolimer dari CNSL. Perbandingan data tongkang pelat datar model dengan pembebanan 3 kilogram ditampilkan pada Tabel 6 dan Gambar 7. Tabel 6. Data perbandingan rata kecepatan dan tahanan dari tongkang pelat datar model dengan beban 3kg menggunakan variasi cat 1.05 1.06 1.07 1.04 1.02 1.021.03 0.98 0.93 Marine paint Kecepatan R vs V tanpa beban 1.09 1.08 Tahanan total (kg) 1.12 1.07 0.90 0.93 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 Kecepatan Cat biopolimer dari CNSL Kecepatan Marine Paint CNSL Tahanan total ratarata (kg) 5.5 0.711 1.081 0.567 0.918 6 0.760 1.093 0.661 0.936 6.5 0.896 1.100 0.796 0.964 7 1.091 1.108 1.001 0.991 7.5 1.153 1.124 1.070 1.009 8 1.233 1.140 1.151 1.027 8.5 1.410 1.155 1.252 1.053 Hambatan (kg) 1.20 1.15 1.10 R vs V dengan beban 3kg 1.09 1.08 1.14 1.12 1.15 1.11 1.10 1.05 1.05 1.03 1.00 1.01 0.99 0.96 0.95 0.94 0.92 0.90 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 Kecepatan Gambar 7 Grafik perbandingan hambatan total terhadap kecepatan tongkang pelat datar model dengan beban 3kg dengan variasi cat Data pada Tabel 6 ditampilkan pada Gambar 7. Terlihat bahwa makin besar voltase yang diberikan maka semakin besar kecepatan, semakin besar pula hambatan total yang dialami kapal. Pada tongkang pelat datar model dengan marine paint, pada setiap kecepatan yang dipergunakan mendapatkan hambatan total yang lebih besar dibandingkan dengan tongkang pelat datar model dengan cat biopolimer dari CNSL. Secara umum terlihat bahwa cat bahwa cat biopolimer memberikan drag reduction yang lebih baik dibandingkan dengan marine paint. Data ditampilkan pada Tabel 7 untuk data tongkang pelat datar model tanpa beban dan Tabel 8 untuk data tongkang pelat datar model dengan pembebanan 3 kilogram. Tabel 4.7 Persentase perbedaan kecepatan dan reduksi hambatan cat biopolimer dari CNSL terhadap marine paint tanpa beban Bilanga Kecepatan Perbedaan Froude Marine n kecepatan CNSL (%) (Fr) paint 5.5 0.2258 0.8216 0.7108-13.49% 6 0.2415 0.8682 0.7604-12.42% 6.5 0.2845 0.9544 0.8957-6.15% 7 0.3466 1.0662 1.0912 2.35% 7.5 0.3662 1.0913 1.1529 5.65% 8 0.3916 1.1212 1.2330 9.98% Marine Paint CNSL
Tabel 8 Persentase perbedaan kecepatan dan reduksi hambatan cat biopolimer dari CNSL terhadap marine paint dengan pembebanan 3 kilogram 8.5 0.4478 1.2226 1.4099 15.32% Bilanga Koefisien hambatan Reduksi Froude Marine n total hambatan CNSL (%) (Fr) paint 5.5 0.2258 0.1189 0.1415 19.01% 6 0.2415 0.1074 0.1248 16.24% 6.5 0.2845 0.0898 0.0940 4.62% 7 0.3466 0.0727 0.0660-9.24% 7.5 0.3662 0.0699 0.0594-15.06% 8 0.3916 0.0668 0.0522-21.83% 8.5 0.4478 0.0576 0.0414-28.19% Bilanga Kecepatan Perbedaan Froude Marine n kecepatan CNSL (%) (Fr) paint 5.5 0.2258 0.8216 0.7108-13.49% 6 0.2415 0.8682 0.7604-12.42% 6.5 0.2845 0.9544 0.8957-6.15% 7 0.3466 1.0662 1.0912 2.35% 7.5 0.3662 1.0913 1.1529 5.65% 8 0.3916 1.1212 1.2330 9.98% 8.5 0.4478 1.2226 1.4099 15.32% Bilanga Koefisien hambatan Reduksi Froude Marine n total hambatan CNSL (%) (Fr) paint 5.5 0.2258 0.1189 0.1415 19.01% 6 0.2415 0.1074 0.1248 16.24% 6.5 0.2845 0.0898 0.0940 4.62% 7 0.3466 0.0727 0.0660-9.24% 7.5 0.3662 0.0699 0.0594-15.06% 8 0.3916 0.0668 0.0522-21.83% 8.5 0.4478 0.0576 0.0414-28.19% Data Tabel 7 dan Tabel 8 pada kolom Perbedaan kecepatan (%), nilai negatif menunjukkan bahwa kecepatan yang dihasilkan lebih lambat, sedangkan pada kolom Reduksi hamabatan (%) nilai negatif menunjukkan adanya reduksi hambatan, semakin besar nilai negatifnya maka semakin besar reduksi yang terjadi. Data tersebut menunjukkan bahwa, pada bilangan Froude rendah penggunaan cat biopolimer dari CNSL memiliki kecepatan yang lebih lambat dan hambatan yang lebih besar. Namun, semakin besara bilangan Froude, maka kecepatan menjadi lebih besar, mencapai 15.32% tanpa pembebanan dan 12.80% dengan pembanan, selain itu mengalami reduksi yang mencapai 28.19% dalam kondisi tanpa beban dan 28.31% saat diberikan pembebanan. Terjadinya pengurangan reduksi dapat terjadi dikarenakan pada saat kecepatan rendah, gaya tarik yang diberikan motor penarik belum sepenuhnya mengatasi gaya hambat yang didapat oleh tongkang pelat datar model. Ketika voltase ditambah, gaya tarik sudah mengatasi gaya hambat yang dialami tongkang pelat datar model, hal ini menyebabkan lapisan licin pada lambung kapal yang dilapisi cat biopolimer dari CNSL menjadi bereaksi. Sebagai informasi tambahan, dilakukan foto permukaan sampel tongkang model yang digunakan. Pengambilan foto dilakukan di Laboratorium Metalografi Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Foto dilakukan dengan pembesaran 500 kali. Hasil foto laboratorium juga menunjukkan bahwa pelapisan yang terjadi karena penggunaan cat biopolimer dari CNSL (Gambar 8) lebih halus daripada marine paint (Gambar 9). Gambar 8 Foto permukaan tongkang pelat datar model menggunakan marine paint Gambar 9 Foto permukaan tongkang pelat datar model menggunakan cat biopolimer dari CNSL
5. Kesimpulan Penggunaan cat biopolimer dari CNSL berpengaruh terhadap nilai koefisien hambatan total. Perngaruh penggunaan cat biopolimer dari CNSL tampak signifikan pada bilangan Froude tinggi. Penggunaan cat biopolimer dari CNSL pada percobaan ini dapat mencapai kecepatan lebih besar 15.32% pada bilangan Froude 0.4478 dan mengurangi hambatan sebesar 28.31% pada bilangan Froude 0.3976 dibandingkan dengan penggunaan marine paint. 6. Daftar Acuan Bertram, V. (2000). Practical Ship Hydrodinamics. Oxford: Butterworth-Heinemann. Biopolymer. (n.d.). 26 November 2013. http://www.princeton.edu/~achaney/tmve/wiki10 0k/docs/Biopolymer.html Carnegie Mellon University, Leonard Gelfand Center. (n.d.). Natural vs Synthetic Polymers. 30 November 2013. http://www.cmu.edu Chisholm, Hugh. (1911). "Barge". Encyclopædia Britannica (11th ed.). Cambridge University Press. Falkovich, G. (2011). Fluid Mechanics. Cambridge University Press. Hall, C. (1989). Polymer Materials (2nd ed.). Hong Kong: Macmillan Education, Ltd. Harvald, Sv.Aa. (1983). Resistance and Propulsion of Ships. New York: John Wiley & Sons. LD Ports & Logistics. (n.d.). Self Propelled Barges. 18 November 2013. http://www.ldpl.com Seif, M.S. dan Tavakoli, M.T. (2004). New Technology for Reducing Fuel Consumption in Marine Vehicles. XVI Symposium SORTA. U.S. Energy Information Administration, International Energy Statistic. (n.d.). Crude Oil Proved Reserves. 30 November 2013. http://www.eia.gov Waliy, A. (2013). Esterifikasi CNSL Sebagai Bahan Baku Pembuatan Resin Alkid. Jakarta: FMIPA UI. Wibowo, W. (19 November 2013). Personal interview.