Analisa Kecepatan Dan Daya Kapal Ikan Tradisional Penggunaan Wilayah Batam, Kepulauan Riau Cut Elliyana Fenidita *, Hendra Saputra *, Nidia Yuniarsih Batam Polytechnics Mechanical Engineering study Program Jalan Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia E-mail: Cutelliayanf@gmail.com Abstrak Selama ini kapal yang digunakan oleh nelayan untuk melaut masih menggunakan kapal perikanan tradisional yang dibuat secara turun temurun berdasarkan pengalaman. Desain kapal tradisional merupakan hasil pembelajaran dari alam, sehingga tidak ada perencanaan dan perhitungan desain yang baku sebelum kapal itu dibangun. Untuk mengoptimalkan operasional kapal kayu dibutuhkan gambar teknis berupa Lines Plan sehingga kita dapat mengetahui bentuk lambung pada kapal.. Bentuk lambung kapal akan mempengaruhi hambatan yang dihasilkan dalam memilih daya spek Engine. Hambatan kapal pada suatu kecepatan merupakan gaya fluida yang bekerja pada kapal sehingga dapat melawan arah gerakan kapal. Hambatan ini dipengaruhi oleh kecepatan, displacement dan bentuk lambung kapal. Adanya hambatan ini menyebabkan kecepatan operasi kapal menurun. Untuk mengatasi hambatan tersebut, maka kapal membutuhkan sejumlah daya dorong sehingga dapat melewati air laut dengan kecepatan tertentu sesuai dengan kebutuhan operasinya. Dengan demikian, penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan model kapal ikan tradisional dan mendapatkan nilai hambatan dan daya mesin yang sesuai kebutuhan kapal ikan tradisional. Adapun metode yang digunakan yaitu pembuatan Linesplan lalu melakukan perhitungan hambatan dan kebutuhan Power Engine kemudian memilih mesin yang tepat. Dari hasil analisa software telah diketahui bahwa dari metode Holtrop didapat besarnya hambatan yang dialami kapal pada kecepatan dinas 10 knot sebesar 5.8 KN dan membutuhkan power 28.632 KW, maka kapal ini direncanakan menggunakan mesin dengan power daya sebesar 29.4 KW dan didapat spesifikasi mesin temple dengan merk Yamaha, type Origin Range. Kata kunci: Kapal Tradisional, Hambatan Pada Kapal dan Daya Mesin. Abstract During this time the boats used by fishermen to go to sea still use traditional fishing boats are made from generation to generation based on experience. The traditional ship design is the result of learning from nature, so there is no standard design planning and calculation before the ship is built. To optimize the operation of the wooden vessels we need technical drawings in the form of Lines Plan so that we can know the shape of the hull on the ship. The hull shape of the vessel will affect the barriers generated in selecting Engine Specs. The vessel's resistance at a speed is a fluid force acting on the vessel so as to counter the movement of the ship. This resistance is influenced by the speed, displacement and hull shape of the ship. This resistance causes the speed of ship operation to decrease. To overcome the resistance, the vessel requires a certain amount of thrust so that it can pass sea water at a certain speed according to its operational needs. Thus, this study aims to get a traditional fishing boat model and get the value of resistance and engine power that suits the needs of traditional fishing vessels. The method used is making Lines plan then do the calculation of resistance and the need of Power Engine then choose the right machine. The results of the software analysis has been known that the Holtrop method obtained the amount of resistance experienced by the ship at the speed of service 10 knots of 5.8 KN and requires power 28.632 KW, So the ship is planned to use the engine with power power of 29.4 KW and obtained specifications of outboard machine with brand Yamaha, type Origin Range. Keywords : Traditional Boats, Constraint On Ship, and Power Engine. 1. Pendahuluan Batam merupakan kota yang memiliki luas wilayah lebih kurang 1.647,83 Km2, yang terdiri dari lautan 1.035,30 Km2 dan daratan 612,53 Km2, dengan wilayah perairan yang memiliki kekayaan alam sangat melimpah sehingga banyak dari penduduk Batam terutama di wilayah sekitar pantai memilih mata pencaharian sebagai nelayan. Selama ini kapal yang digunakan oleh nelayan untuk melaut masih menggunakan kapal perikanan tradisional yang dibuat secara turun temurun berdasarkan pengalaman [1]. Desain kapal tradisional merupakan hasil pembelajaran dari alam, sehingga tidak ada perencanaan dan perhitungan desain yang baku sebelum kapal itu dibangun [2].
Untuk mengoptimalkan operasional kapal kayu dibutuhkan gambar teknis berupa Lines Plan sehingga kita dapat mengetahui bentuk lambung pada kapal.. Bentuk lambung kapal akan mempengaruhi hambatan yang dihasilkan dalam memilih daya spek Engine [3]. Hambatan kapal pada suatu kecepatan merupakan gaya fluida yang bekerja pada kapal sehingga dapat melawan arah gerakan kapal. Hambatan ini dipengaruhi oleh kecepatan, displacement dan bentuk lambung kapal. Adanya hambatan ini menyebabkan kecepatan operasi kapal menurun. Untuk mengatasi hambatan tersebut, maka kapal membutuhkan sejumlah daya dorong sehingga dapat melewati air laut dengan kecepatan tertentu sesuai dengan kebutuhan operasinya [4]. Dengan demikian, penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan model kapal ikan tradisional, mendapatkan nilai hambatan, mendapatkan nilai daya, dan mendapatkan spesifikasi mesin yang digunakan kapal ikan tradisional penggunaan wilayah Batam, Kepulauan Riau sesuai dengan kebutuhan. Adapun metode yang digunakan yaitu pembuatan Linesplan lalu melakukan perhitungan hambatan dan kebutuhan Power Engine kemudian memilih mesin yang tepat. 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Hubungan Antara Badan Kapal, Motor Dan Propeller. Badan kapal, motor induk dan propeller mempunyai hubungan satu sama lain yang berinteraksi membentuk satu sistem oleh karna itu dibutuhkan satu keseimbangan yang terbaik antara bagian tersebut guna mendapatkan suatu system yang dapat berjalan dengan optimal. Berubahnya satu bagian sistem tersebut akan berpengaruh langsung maupun tidak langsung pada bagian yang lainnya [5]. 2.2. Hambatan Kapal Hambatan total kapal terbentuk dari beberapa komponen berbeda yang saling berinteraksi satu sama lain. nilai hambatan total adalah jumlah dari semua gaya-gaya yang berlawanan dengan gaya-gaya gerak kapal. Oleh karna itu maka hambatan total (Rt) mengandung pengeruh dari gesekan, pengaruh dari gelombang, pengaruh dari angin dan pengaruh lainnya. Rt = Rf + Rw+Ra Keterangan : Rt : Hambatan Total Rf : Hambatan Gesek Rw : Hambatan Gelombang Ra : Hambatan Udara Hambatan gesek adalah hambatan kapal yang ditimbulkan dengan cara mengintegralkan tegangan tangensial keseluruh permukaan basah kapal. Hambatan gelombang adalah hambatan kapal yang timbul akibat bergeraknya kapal. Hambatan udara adalah hambatan kapal yang timbul akibat bangunan atas kapal yang tinggi [5]. 2.3.Daya Motor Penggerak Secara umum kapal bergerak dimedia air dengan kecepatan tertentu, maka akan mengalami gaya hambat (Resistence) yang berlawanan dengan arah gerak kapal tersebut, besarnya gaya hambat yang terjadi harus mampu diatasi oleh gaya dorong kapal (Propulsor). Daya motor sangat tergantung pada besar dan jenis bebanyang dibawa oleh mesin. Semakin besar beban yang ditanggung mesin, semakin besar daya motor yang dibutuhkan. Satuan daya yang umum digunakan adalah kilowatt dan Horse Power. Gambar 1. Distribusi daya 2.3.1 Daya Efektif Besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya hambat dari badan (hull), agar kapal dapat bergerak dari satu tempat ketempat lain dengan kecepatan service sebesar Vs. Daya efektif ini merupakan fungsi dari besarnya gaya hambat total dan kecepatan kapal. Daya yang diperlukan (daya efektif) untuk mengerakkan kapal diair atau menarik kapal pada kecepatan Vs adalah : PE= RT X Vs Dimana: PE = daya efektif (k Watt) RT = Gaya hambat Total (kn) Vs = Kecepatan service kapal (m/dt) 2.3.2 Daya dorong Besarnya daya yang dihasilkan oleh kerja dari alat gerak kapal (Propullsor) untuk mendorong badan kapal. Daya dorong merupakan fungsi dari gaya dorong dan laju aliran fluida yan terjadi saat alat gerak kapal bekerja, adapun persamaan daya dorong dapat ditulis sebagai berikut : PT= T x Va Dimana : PT= daya dorong (kwatt) T = Gaya dorong (kn) Va= Kecepatan advanced(m/det) Va = Vs (1-w); yang mana W adalah wake fraction 2.3.3 Daya yang disalurkan (PD) Daya yang disalurkan oleh motor melalui poros dan diserap oleh baling-baling kapal guna menghasilkan daya dorong (PT). Variabel yang berpengaruh pada daya ini adalah torsi yang disalurkan dan putaran baling-baling, sehingga persamaan untuk menghitung (PD) adalah sebagai berikut : PD= 2 x π x QD x np Dimana : PD= Daya yang disalurkan (kwatt) QD= Torsi Baling-baling (knm) np= Putaran baling-baling (rps) 2.3.4 Daya poros (Ps) daya yang terukur hingga daerah didepan bantalan tabung poros (stern tube) dri sistem perporosan pengerak kapal. Untuk kapal-kapal dengan pengerak turbin. Pada umumnya daya yang digunakan adalah Ps. Adupunpersamaan daya poros (Ps) dapat dituliskan sebagai berikut : Ps = 2 x π x M Dimana:
Ps= Daya Poros (kwatt) M= torsi yang ditrasnfer ke poros dari mesin pengerak (knm) Sementara itu istilah Daya Rem (Brake Power, PB) adalah daya yang dihasilkan oleh motor pengerak utama (main engine). Pada sistem pengerak yang mengunakan marine diesel engine( type medium high speed), maka pengaruh rancangan sistem transmisi perporosan adalah sangat besar didalam menentukan daya Ps. Jika kamar mesin terletak dibelakang badan kapal, maka besar kerugian (loses)akibat sistem transmisi peporosan berkisar 2-3 %. Namun jika kamar mesin terletak agak ditengah atau jauh didepan makabesarnya loses semakin bertambah. 2.4. Efisiensi pada sistem pengerak kapal Sistem pengerak kapal memiliki beberapa definsi tentang daya yang ditransmisikan mulai dari daya yang dikeluarkan oleh motor pengerak sehingga daya yang diberikan oleh alat pengerak kapal ke fluida sekitarnya. Rasio dari daya-daya tersebut sering dinyatakan dengan istilah efisiensi, meskipun untuk beberapa hal sesungguhnya bukanlah suatu nilai kenversi daya secara langsung. 2.4.1 Efisiensi Lambung Efisiensi lambung (ɳhull) adalah rasio antar daya efektif (PE) dan daya dorong (PT). Efisiensi lambung ini merupakan gambaran bentuk kesesuaiaan antara desain lambung dan desain propulsor, sehingga effisiensi ini bukanlah bentuk konversi tenaga yang sebenarnya. Maka nilai efisiensi lambung inipun dapat lebih dari 1,. Pada umumnya diambil angka sekitar 1,05. Perhitungan- perhitungan yang sering digunakan dalam mendapatkan efisiensi lambung adalah sebagai berikut : ɳhull= PE/PT ɳhull= (RxVs)/(T x Va) ɳhull = T 1 t x Vs Tx Vs(1 W) ɳhull = (1 t) (1 W) 2.4.2 Efisiensi Baling-baling Efisiensi baling-baling (Propeller Efisiensi),(ɳProp) adalah rasio antara daya dorong (PT) dengan daya yang disalurkan (PD). Efisiensi ini merupakan konversi tenaga dan perbedaan nilai yang terjadi adalah terletak pada pengukuran torsi baling-baling (Propeller Torque) tersebut dilakukan. Yakni apakah pada kondisi open water (Qo)/ pada kondisi behind the ship(qd). Persamaan berikut ini menunjukan kedua kondisi dari effisiensi baling-baling sebagai berikut : Efisiensi baling-baling (open Water): ɳo T x Va 2 π Qo n ɳb = Pt Pd = T x Va 2πQbn 2.4.3 Efisiensi relative-rotative Karena adanya 2 kondisi tersebut, maka muncul suatu rasio efisiensi yaitu yang dikenal dengan sebutan efisiensi relatif-rotative (ɳRR) yang merupakan perbandingan antara efisiensi baling-baling pada kondisi dibelakang kapal dengan efisiensi baling-baling pada kondisi air terbuka, sebagai berikut: ɳRR = ɳE/ɳC Sehingga ɳRR sesungguhnya bukanlah merupakan suatu sifat besaran efisiensi yang sebenarnya. Efisiensi ini hanya perbandingan dari besaran nilai efisiensi yang berbeda. maka besarnya efisiensi relative-rotative dapat pula lebih besar dari 1, namun pada umumnya diambil nilainya berkisar 1 2.4.4 Efisiensi Transmisi Poros Efisiensi transmisi poros (shaft transmision efisienci)ɳs, secara mekanis umumnya dapat didefinisikan dengan lebih dari satu macam tipe efisiensi, yang mana sangat tergantung dari bentuk konfigurasi pada stern arrangementnya. Efisiensi ini merupakan produk keseluruhan masing-masing individu komponen yang terpasang. Efisiensi ini dinyatakan seperti persamaan berikut ini: ɳs= PD/Ps 2.4.5 Efisiensi Keseluruhan Efisiensi keseluruhan (overall Efficiency,ɳp) yang diketahui juga sebagai propulsive efficiency. Merupakan keseluruahan efisiensi masing-masing yang terjadi pada setiap propulsi kapal (sistem Pengerak kapal), efisiensi keseluruhan dapat juga diperoleh dengan persamaan sebagai berikut : ɳp= ɳHull x ɳE x ɳS ɳp= ɳHull x ɳc x ɳRR x ɳs 2.5. Daya Motor Yang Terpasang Daya pengerak kapal (PB) yang dimaksud adalah daya rem (break power)atau daya yang diterima oleh poros transmisi sistem pengerak kapal (Ps), yang selanjutnya dioperasikan secara continue untuk menggerakkan kapal pada kecepatan servis (Vs). Jika besarnya efisiensi mekanis pada susunan gearbox, yang berfungsi untuk menurunkan dan membalikan putaran motor pengerak adalah 98%, maka daya motor pengerak kapal dapat dihitung, seperti persamaan dibawah ini: PB-CSR= Ps/0,98 Yang mana PB-CSR adalah daya output dari motor pengerak pada kondisi pada kondisi continues service rating (CSR), yaitu daya motor pada kondisi 80-85% dari maximum Continues Rating (MCR)-nya. Arti fisiknya, daya yang dibutuhkan oleh kapal agar mampu beroperasi dengan kecepatan servis (Vs) adalah cukup dibatasi oleh 80-85% daya motor (engine rated power) dan pada kisaran 100% putaran motor (engine rated speed). Sehingga untuk menentukan besarnya daya motor yang harus dipasang dikapal sebagai berikut : PB-MCR= PB-CSR/0,85 Daya pada PB-MCR inilah yang selanjutnya dapat digunakan sebagai acuan dalam melaksanakan proses pemilihan motor pengerak (engine selction proces) [5]. 3.1 Pengumpulan Data 3. Metodologi Penelitian Penelitian ini melakukan pengukuran kapal kayu yang berlokasi di Kampung Tua Nongsa dan wawancara secara langsung kepada nelayan sebagai pemilik kapal. Data teknis kapal yang didapat berupa ukuran utama kapal. Untuk pengukuran panjang konstruksi menggunakan penggaris/meteran, pena dan kertas. Adapun data yang dikumpulkan dari lapangan adalah ukuran utama, antara lain panjang, lebar, tinggi, sarat, dan kecepatan. Tabel 1. Ukuran utama kapal LOA B H T Vs 9.7 m 2.67 m 3.03 m 0.75 m 10 Knot
3.2 Pengolahan Data Dari data kapal yang diperoleh dapat dilakukan 1. Pembuatan model kapal menggunakan software Maxsurf Modeler. 2. Melakukan perhitungan hambatan kapal dengan menggunakan software Maxsurf Resistance dengan metode Holtrop. 3. Melakukan perhitungan kebutuhan Power Engine menggunakan software Maxsurft dengan metode Holtrop 4. Pemilihan mesin yang dibutuhkan. 4. Analisa Dan Pembahasan 4.1 Pemodelan Bentuk Lambung Kapal Gambar 2. Kapal Ikan Tradisional Pemodelan bentuk lambung dari kapal ikan tradisional berupa lines plan ( Gambar rencana garis). Gambar rencana garis didapatkan dengan melakukan pengukuran langsung terhadap kapal. Hasil pengukuran selanjutnya dimasukkan ke dalam tabel offset sementara. Tabel offset merupakan sebuah tabel yang berisikan data hasil pengukuran badan kapal. Data pada tabel offset merupakan data dasar pembuatan gambar rencana garis dan perhitungan parameter hidrostatis. ST/ WL Tabel 2. Data Offset Table 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 0.649 1.073 1.139 1.145 1.147 1.147 1.147 1.147 1,147 1 0.287 1.008 1.191 1.217 1.226 1.232 1.233 1.233 1.233 1.233 2 0.777 1.148 1.261 1.271 1.276 1.288 1.292 1.292 1.292 1.292 3 1.026 1.236 1.292 1.301 1.306 1.318 1.324 1.324 1.324 1.324 4 1.108 1.250 1.302 1.316 1.321 1.327 1.334 1.335 1.355 1.355 5 1.109 1.214 1.267 1.302 1.318 1.322 1.325 1.335 1.335 1.335 6 1.028 1.140 1.197 1.256 1.282 1.298 1.320 1.335 1.335 1.335 7 0.835 1.016 1.100 1.183 1.219 1.257 1.270 1.322 1.324 1.324 8 0.377 0.696 0.876 1.045 1.107 1.200 1.221 1.270 1.291 1.291 9 0.044 0.128 0.267 0.620 0.756 0.880 0.994 1.094 1.185 1.185 10 0 0 0 0.015 0.131 0.252 0.382 0.505 0.653 0.712 Tabel ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian half breadth plan kapal dengan water line. Bagian pertama memuat data ukuran-ukuran utama perahu dengan ordinat sesuai yang ada pada standar line (0-10). Nilai masing-masing ordinat akan berbeda tiap water line. Bagian yang kedua memuat data mengenai jarak dari base line ke badan perahu. Jumlah ordinat yang diukur dari perahu yang diteliti sebanyak 10 ordinat dengan water line sebanyak 10 dan 1 base line. Dari tabel offset ini kemudian diplotkan ke dalam sebuah garis sehingga terbentuk gambar body plan dan half breadt hplan. Setelah terbentuk body plan kemudian body plan dibagi menjadi 5 bagian pada sebelah kanan centre line 5 bagian sebelah kiri centre line, dari situ kemudian diplotkan kembali yang disebut buttock line. Gambar 3. Lines Plan
Parameter hidrostatis merupakan parameter yang dapat memberikan petunjuk tentang kelaiklautan suatu kapal yang dibangun. Nilai dari parameter hidrostatik memperlihatkan keragaan kapal secara statis pada setiap perubahan tinggi garis kapal. Data untuk parameter hidrostatis diperoleh dari hasil pengolahan pada tabel offset menggunakan bantuan software Maxsurf Modeler. Dari pemodelan menggunakan software Maxsurf Modeler didapatkan output parameter yang dapat digunakan sebagai data untuk input parameter pada saat melakukan perhitungan hambatan kapal dan mendapatkan model 3D kapal. Dengan memasukan data ukuran utama kapal dan data tabel offset Tabel 3. Output Data Kapal Measurement Value Unit LOA 9.7 M LWL 8.75 M B 2.67 M H 3.03 M T 0.75 M Draft 0.75 M Displacement 9.051 Ton Volume 8.79 M 3 Cp 0.63 - Cb 0.52 - Cw 0.79 - Cm 0.83-4.3 Spesifikasi Mesin Kapal Dari hasil analisa software telah diketahui bahwa dari metode Holtrop didapat besarnya hambatan yang dialami kapal pada kecepatan dinas 10 knot sebesar 5.8 KN dan membutuhkan power sebesar 28.632KW, maka kapal ini direncanakan menggunakan mesin dengan power daya sebesar 29.4 KW. Maka didapat spesifikasi sesuai dengan daya yang dibutuhkan, sehingga didapat spesifikasi mesin tempel adalah sebagai berikut: Tabel 5. Spesifikasi Mesin Tempel Merk Yamaha Type Origin Range Max output 29.4 KW / 40 HP Displacement 703 cc Max Operating Range 4500 5500 rpm Engine Type 2-Cylinder Weight 72 Kg Gambar 5. Mesin Tempel 5. Kesimpulan Hasil dari analisa kecepatan dan daya kapal ikan tradisional penggunaan wilayah Batam, Kepualauan Riau diperoleh kesimpulan bahwa: Gambar 4. Model 3D 4.2 Hambatan dan Daya Kapal Pada perhitungan hambatan ini mengunakan Software Maxsurf Resistance dengan metode perhitungan Holtrop yang merupakan nilai pendekatan sesuai dengan bentuk lambung kapal. Nilai Hambatan yang dihitung adalah nilai hambatan dengan kecepatan 5 Knot-10 Knot pada saat Draft 0,75 m. Tabel 4. Nilai hambatan, kecepatan dan daya kapal. Speed (Knot) Resistance (KN) Power (KW) 5 0.5 1.317 6 0.9 2.682 7 1.6 5.468 8 3.0 11.716 9 4.4 19.476 10 5.8 28.632 1. Mendapatkan model kapal berupa Lines Plan. Gambar rencana garis menggambarkan bentuk khayal kapal pada setiap garis air dari ordinat yang ditunjukkan melalui 3 buah gambar, yaitu: gambar irisan kapal tampak samping (profil plan), gambar irisan kapal tampak atas (half breadth plan), dan gambar irisan kapal tampak depan (body plan). Profile plan menunjukkan gambar rencana garis dari irisan kapal tampak samping. Gambar ini memperlihatkan 10 urutan garis horizontal yang merupakan garis water line. Half breadth plan merupakan gambar irisan setengah lebar kapal tampak atas yang menunjukkan posisi water line pada masing-masing kedalaman. Buttock line digambarkan sebagai garis lurus yang memotong water line dan dibuat sejajar dengan centre line. Pada gambar rencana garis kapal ikan terdapat 5 garis buttock line. Body plan menggambarkan gambar irisan kapal tampak depan yang menunjukkan bentuk badan kapal pada masing-masing ordinat.
2. Memiliki hambatan sebesar 5,8 KN pada kecepatan 10 Knot. 3. Memiliki Horse Power sebesar 28,632KW. 4. Mesin yang digunakan yaitu mesin tempel merk Yamaha dengan type Origin Range Maksimal Output sebesar 29,4 KW / 40 HP. 6. Daftar Pustaka [1] Trimulyono, Andy., Budiarto, Untung., Dwiprasti, Nico. 2012. Perancangan Software Untuk Desain Lines Plan Kapal Perikanan Berdasarkan Gross Tonnage Kapal Perikanan Di Kabupaten Batang. UNDIP Semarang. [2] Trimulyono, Andy., Amiruddin, Wilma., Bandi, Sasmito. 2015. Kajian Penggunaan Program Aplikasi Desain Kapal Tradisional Pada Galangan Kapal Kayu Di Kabupaten Batang. UNDIP Semarang. [3] Berlian, Arswendo. 2011. Analisa Kinerja Hull [4] Form Metode Formdata Kapal Ikan Tradisional 28GT Km. Sindo Sejati.UNDIP Semarang. [5] Wibawa BS, Ari. 2010 Analisa Devinisi Kapal Ikan Purse Seine 109GT KM. Surya Redjeki. UNDIP Semarang. [6] Kurniawan, Dimas. 2015. Hambatan dan Engine Propeller Mtching. ITS Surabaya. [7] Yudo, Hartono. 2007. Engine Matching Propeller Pada Kapal Untuk Mendapatkan Optimalisasi Pemakaian Mesin Penggerak Kapal. UNDIP Semarang.