Surjo W. Adji Dept. of Marine Engineering ITS Surabaya S.W. Adji 2009
1. UMUM Secara garis besar antara Tahanan Kapal (Ship Resistance) dan Propulsi Kapal (Ship Propulsion) memiliki hubungan yang sangat erat, dan saling mempunyai ketergantungan diantara keduanya. Namun demikian, pada prakteknya Tahanan Kapal dan Propulsi Kapal dibahas terpisah. Tahanan Kapal diaplikasikan untuk mencari kebutuhan Gaya Dorong (Thrust) yang dibutuhkan oleh kapal, agar kapal dapat bergerak dengan kecepatan dinas (Service Speed) yang sesuai dengan perencanaannya. Sedangkan, pada Propulsi Kapal adalah menekankan pada bagaimana menyediakan besarnya Gaya Dorong (Thrust) dari system penggerak kapal, dan bagaimana interaksi antara alat gerak kapal tersebut terhadap aliran fluida yang melintasi badan kapal (Hull). Ketika badan kapal bergerak melintasi suatu fluida, maka badan kapal tersebut akan mengalami Gaya Hambat yang berlawanan a a arah a terhadap arah a gerak kapal. Sebagaimana, a a, badan kapal yang melewati air dan udara, maka badan kapal tersebut mengalami Gaya Hambat dari air dan udara. Massa air dan udara mungkin juga bergerak karena kondisi mereka sendiri, misalnya massa air digerakkan oleh arus air dan massa udara digerakkan oleh angin, yangmana kemungkinannya mempunyai besaran dan arah yang berbeda. Sehingga, Tahanan Kapal (Ship p Resistance) ) awalnya dipelajari dalam kondisi air tenang dan tidak ada angin. Baru kemudian, perhitungan tahanan kapal tersebut diberikan tambahan dan koreksi terhadap kedua factor tersebut.
2. ALIRAN FLUIDA Hidrodinamika klasik mengarahkan pada bagaimana bentuk pola aliran fluida yang melintasi suatu bodi seperti yang ditunjukan pada Gambar 1. Gambar 1 Aliran Streamline Yang Melintasi Suatu Bodi Ketika fluida bergerak melintasi bodi, jarak antara streamlines tersebut mengalami perubahan, dan kecepatan aliran fluida pun juga mengalami perubahan, hal ini disebabkan aliran massa nya didalam streamlines tersebut adalah konstan. Dan berdasarkan Teorema Bernaulli maka hal ini juga meng kait dengan adanya perubahan tekanan. Untuk suatu streamline yang diberikan tersebut; jika p, ρ, v, danh adalah dlhtk Tekanan, Massa Jenis, Kecepatan, dan Tinggii tertentut t dari garis dt datar; maka dapat diformulasikan, ik sbb. :
Teori Hidrodinamika sederhana senantiasa bekerja dengan fluida tanpa sifat vikositasnya. Di dalam suatu sistem fluida non viscous; Suatu bodi yang ditenggelamkan dan digerakkan pada sistem fluida non viscous tersebut, maka bodi tersebut tidak mengalami adanya tahanan (resistance). Meskipun fluida tersebut dilalui oleh gerakan bodi, maka kondisi fluida tersebut kembali ke bentuk originalnya setelah dilintasi oleh bodi tersebut. Ada sejumlah gaya gaya lokal yang berkerja pada bodi tersebut, akan tetapi gaya gaya tersebut saling meniadakan ketika diintegrasikan pada seluruh bodi. Gaya gaya lokal tersebut terjadi sebagai akibat terjadinya perubahan tekanan, yang diakibatkan oleh adanya perubahan kecepatan di dalam aliran fluida. Dalam mempelajari dinamika aliran fluida, maka akan sangat berguna bila kita kembangkan suatu angka dari parameter parameter non dimensional. Dimana angka tersebut dapat meng karakteristikan aliran dan gaya gaya yang bekerja, hal ini didasari pada sifat sifat fluidanya. Sifat sifat fisik fluida yang erat hubungannya dalam mempelajari tahanan kapal adalah Massa Jenis [ρ], Viskositas [µ], Tekanan Statis Fluida [p]. Jika Tahanan Kapal (resistance) adalah [R], Kecepatan adalah [V], dan Panjang adalah [L], maka Tahanan kapal dalam analisa dimensional dapat diekspresikan sebagai berikut,
Sejumlah quantity yang masuk pada ekspresi formulasi tersebut diatas, masih dapat diekspresikan ke bentuk fundamental dimensions; Dimensi Waktu [T], Dimensi Massa [M], dan Dimensi Panjang [L]. Sebagai contoh Tahanan Kapal [R] adalah gaya, sehingga memiliki dimensi fundamental [MLT 2 ]danmassajenis[ρ] memiliki dimensi [ML 3 ], dsb. Maka dengan men substitusi keseluruhan parameter ke bentuk dimensi fundamentalnya, diperoleh hubungan; Dari persamaan tersebut diperoleh dua kelompok persamaan dimensi fundamental, yakni persamaan dimensi fundamental dengan angka pangkat yang diketahui dan yang lainnya dengan angka pangkat yang tidak diketahui. Untuk persamaan dimensi fundamental dengan angka pangkatnya tidak diketahui, maka dapat digolongkan menjadi tiga ekspresi, sebagai berikut;, maka ekspresi keseluruhan dari Tahanan (Resistance) dapat ditulis sebagai berikut;
Sehingga melalui analisa terhadap ekspresi tersebut diatas, dapat diindikasikan bahwa kombinasi nondimensional yang signifikan adalah; Dari ketiga rasio tersebut diatas, diperoleh, Resistance Coefficient (C T ), Reynold Number (Re), Froude Number(Fn). Sedangkan rasio yang keempat adalah mempunyai relasi terhadap Kavitasi (catatan : Hal ini akan dibahas kemudian). Pada topic Tahanan Kapal, yang paling sering digunakan adalah angka Re dan Fn. Rasio µ/ρ adalah dikenal dengan pengertian angka viskositas kinematis, yang dinyatakan dengan notasi ν. Jika L 2 pada ekspresi rasio non dimensional yang pertama tersebut adalah merupkan luasan basah dari bodi, yang dinotasikan dengan S, maka ketiga rasio non dimensional diatas dapat diekspresikan menjadi, sebagai berikut ; Dan Tahanan Kapal (Resistance) dapat diformulasikan dengan ekspresi dibawah ini;, dimana C R adalah Koefisien Tahanan Kapal yang merupakan fungsi dari Re dan Fn. Atau dapat dituliskan dengan;
BEBERAPA CONTOH ALIRAN FLUIDA DARI SUATU SUB MERGED BODY (NO WAVE) : Tipe Aliran Fluida
ALIRAN FLUIDA SURFACE