DINAMIKA KAPAL

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangKejadian kecelakaan kapal pada saat melakukan pelayaran menarik perhatian banyak kalangan, khususnya kalangan perancang kapal dan pemilik kapal atau pengguna kapal. Kapal-kapal khususnya kapal pengangkut barang atau niaga yang beroperasi baik antar pulau maupun antar negara yang melakukan misi disekitar lautan atau pantai sangat menarik untuk mendapat perhatian mengingat pentingnya nilai atas kenyamanan dan keselamatan awak kapal maupun keamanan barang diatas kapal.Oleh karena itu perlu adanya kajian dan penelitian tentang kehandalannya khususnya dari sisi unjuk kerja seakeepingnya. Kecepatan dan sarat dari kapal sangat mempengaruhi unjuk kerja kapal pada saat berada di atas gelombang. Demikian pula karakteristik gelombang yang terdiri dari tinggi dan periode serta arah rambat gelombang sangat menentukan respon gerak pada kapal. Respon gerak sepertirolling, pitching dan heaving pada akhirnya akan mempengaruhi kenyamanan dan keselamatan kru maupun barang yang diangkut. Berdasarkan penjelasan diatas, studi ini dilakukan untuk mengevaluasi dan menganalisis respon gerak kapal niaga diberbagai kondisi di gelombang berdasarkan kondisi atau karakter pelayaran khususnya pada respon gerak rolling, heaving dan pitching kapal. Penelitian dilakukan melalui metode perbandingan seakeeping menggunakan software maxsurf dan perhitungan manual menggunakan excel.

1.2. Perumusan Masalaha. Bagaimana perbandingan seakeepers kapal dari hasil perhitungan numerik menggunakan software dan perhitungan manual ?1.3. Batasan Masalah a. Penelitian hanya sebatas teoritis, yaitu semua perhitungan dilakukakan dengan perhitungan manual dan software. Perhitungan numerik menggunakan software maxsurf seakeepers dan perhitungan manual menggunakan excel.1.4. Tujuan Masalaha. Mengetahui perbandingan olah gerak kapal yang menggunakan perhitungan numerik dan yang menggunakan perhitungan manual.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dinamika KapalDalam kajian olah gerak kapal, gerakan yang ditinjau adalah gerakan yang hanya mampu direspon oleh kapal, yaitu rolling, heaving, pitching. Respon dari gerakan kapal ini meliputi: a. Added mass inertial force adalah pertambahan massa pada kapal untuk kembali pada posisi semula. b. Damping force adalah gaya peredam yang berlawanan arah dengan arah gerak kapal yang menghasilkan pengurangan amplitude gerakan kapal secara berangsur- angsur. c. Restoring force adalah gaya untuk mengembalikan kapal ke posisi semula (equilibrium position). Gaya ini merupakan gaya buoyancy tambahan. d. Exciting force adalah gaya eksternal yang bekerja pada kapal. Exciting force berasal dari hasil integrasi gaya apung tambahan dan gelombang sepanjang kapal. Gambar 2.1: Heaving Gambar 2.2: Pitching Gambar 2.3: Rolling

2.2. Gelombang LautTabel 2.1. Number of wave headingNo.Wave headingDescription

10 degreesFollowing seas

245 degreesStern quartering seas

390 degreesBeam seas

4135 degreesBow quartering seas

5180 degreesHead seas

Tabel 2.2. Data sea state (Bhattacharyya, 1978)Sea state123456

Wind velocity (knot)8,513,516192426

Wave height (ft)0,82,12,94,16,67,7

Average period (sec)2,33,64,35,16,47

Average wave length (ft)20527199160188

Minimum fetch (nautical miles)9,8244065130180

Minimun duration (hr)1,74,86,69,21417

Selain data sea state dari (Bhattacharyya, 1978) pada tahun 1970, the world meteorogical organisation (WMO) menyetujui kode standart sea state.

Tabel 2.3. Data sea state WMOSea stateSignificant wave height (m)Description

codeRangeMean

000Calm (glassy)

10,0 - 0,10,05Calm (rippled)

20,1 - 0,50,3Smooth (wavelets)

30,5 - 1,250,875Slight

41,25 - 2,51,875Moderate

52,5 - 4,03,25Rough

64,0 - 6,05,0Very Rough

76,0 - 9,07,5High

89,0 - 14,011,5Very High

9Over 14,0Over 14,0Phenomenal

2.3. Spectrum GelombangStatistik gelombang di laut bisa dipergunakan untuk menentukan batasan tinggi gelombang, periode dan arah yang mungkin akan dihadapi untuk beberapa waktu tertentu. Hal ini merupakan cara untuk menentukan berapa hari dalam setahun kapal tersebut mengalami kondisi gelombang tertentu dan itu dapat diwakili dengan spektrum gelombang yang mendekati, misalnya dengan mengadopsi formulasi yang disarankan JONSWAP (Joint North Sea Wave Project). Kondisi gelombang ditunjukkan oleh tinggi gelombang signifikan (Hs) dan periode puncak spektral (Tp). Kerapatan spektrum dari proses peningkatan kondisi laut dapat diwakili dengan spectrum JONSWAP. Spektrum ini menggambarkan kondisi angin laut yang identik dengan kondisi laut terparah (DNV, 2005). Spektrum yang cocok untuk perairan dangkal, perairan pantai dan perairan tertutup adalah spectrum JONSWAP. Berikut ini ada rumus JONSWAP :

dengan:

2.4.Gerakan Kapal2.4.1. Gerakan Heaving

2.4.2. Gerakan Pitching

2.4.3. Gerakan Rolling

BAB IIIPEMODELAN DAN DATA PERHITUNGAN

3.1.Pembuatan Lines Plan Model KapalPembuatan lines plan kapal menggunakan bantuan software maxsurf dengan data kapal sebagai berikut : Lpp : mB: mH: mT: mVs: knotCb: Dwt: tonWsa: m2Type:

Gambar 3.1: Model kapal pada maxsurf

3.2.Perhitungan Seakeeping Kapal Secara Manual Dengan Menggunakan Excela. Memilih wave spectrum (spektrum gelombang) yang sesuai dengan operasional kapal S (Ww). b. Mentranformasikan wave spectrum S (Ww) ke encountering wave spectrum S (We) dimana encountering frequency (We) digunakan menggantikan wave frequency (Ww). c. Memplot ordinat yang menyatakan amplitudo dari gerakan (heaving, pitching, rolling) yang merupakan fungsi dari encountering frequency. Nilainya bisa didapatkan dari theoritical atau eksperimen. d. Mentransformasikan diagram amplitudo dari gerakan ke dalam RAO (Respons Amplitude Operator) yang merupakan fungsi encountering frequency. e. Motion amplitude spectrum ditentukan dengan mengalikan ordinat pada grafik RAO dengan ordinat grafik encountering wave spectrum untuk encountering frequency yang sama. f. Menghitung luasan dibawah grafik dari motion amplitude spectrum untuk menentukan karakteristik gerakan kapal digelombang irreguler yaitu : a) heaving (Z1/3, Z1/10, Z1/100) b) pitching (1/3, 1/10, 1/100) c) rolling (1/3, 1/10, 1/100).

3.3.Perhitungan Seakeeping Kapal Denagn Software Maxsurf Seakeepers

Seakeepers adalah program yang digunakan untuk menghitung besarnya seakeeping atau olah gerak model kapal serta menganalisa bentuk gelombang yang terjadi.

BAB IVHASIL DAN ANALISA PEMBAHASAN

4.1. Analisa Seakeeping Kapal4.1.1. Data kondisi lingkungan dan penentuan sea state kapalKapal ini didesain untuk tinggi gelombang 8,76 meter (tinggi gelombang didapat dari Lpp/20), maka berdasarkan World Meteorological Organisation atau teori Bhattacharyya (1978) maka kapal ini termasuk kedalam sea state 8, karena mean significant wave 9,08 meter berada pada sea state 8. Jenis spektrum gelombang yang dipergunakan pada tugas akhir ini adalah spectrum JONSWAP (Joint North Sea Wave Project). Spectrum JONSWAP dipilih karena Laut Indonesia mirip dengan Laut Utara dan merupakan daerah kepulauan.

Gambar 4.1: Spektrum gelombang JONSWAP = 8,76 4.1.2. Analisa seakeeping (olah gerak) kapalAnalisa olah gerak kapal (seakeeping) ini bertujuan untuk menentukan kondisi kritis kapal dan dilakukan dengan memvariasikan beberapa komponen yang berpengaruh dalam menentukan besarnya amplitudo simpangan pitch, heave dan roll. Pada analisa olah gerak kapal ini dilakukan dengan memvariasikan 2 variabel tersebut dan juga memvariasikan frekuensi gelombang yaitu 0,3 rad/sec, 1,21 rad/sec, 1,87 rad/sec, 2,53 rad/sec, 3,19 rad/sec, 3,85 rad/sec, dan 4,51 rad/sec.

4.1.3. Analisa response heaving kapal maksimum untuk frekuensi gelombang (Ww = 4,51 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual.Tabel 4.1. Significant heave untuk Ww = 4,51 rad/sec (deg)Z 1/3 (ft)

20 knot

900,1

1800,03

Gambar 4.2: Grafik resnpons heaving untuk Vs = 20 knot

Dari satu kondisi pada kecepatan dinas kapal yaitu pada kecepatan dinas kapal 20 knot dan hanya dianalisa dari dua sudut masuk gelombang yakni beam seas (90 derajat) dan head seas (180 derajat) menunjukkan respons heaving terbesar terjadi pada saat kapal mengalami beam seas (sudut hadap 90 derajat) sebesar 1,55 m/m.

4.1.4. Perbandingan respon heave kapal hasil running program maxsurf seakeeper dengan hasil perhitungan manual.Tabel 4.2. Perbandingan respon heave kapal hasil running program maxsurf seakeeper dengan hasil perhitungan manual dengan excel untuk Vs = 20 knot (deg)Respon

MaxsurfManualSelisih (%)

900,10,080,008

1800,030,010,006

Gambar 4.3: Grafik perbandingan respon heaving antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 20 knot, = 90 deg dan 180 deg

Dari perbandingan diatas dapat dilihat persentase perbandingan respon heaving antara perhitungan manual dengan hasil running seakeeper. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi selisih antara kedua analisa tersebut, diantaranya ketidaksempurnaan permodelan yang dilakukan pada saat membuat model di maxsurf, pembuatan model kapal untuk uji seakeeping di seakeepers sangat mempengaruhi hasil saat running. Tingkat pembuatan model masih belum bisa diprediksi tingkat keakurasiannya, sehingga ini bisa menjadi indikasi selisih nilai yang dihasilkan pada perhitungan manual.

4.1.5. Analisa response pitching kapal maksimum untuk frekuensi gelombang (Ww = 4,51 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual.Tabel 4.3. Significant pitch untuk Ww = 4,51 rad/sec (deg) 1/3 (ft)

20 knot

900,001

1800,0012

Gambar 4.4: Grafik resnpons pitching untuk Vs = 20 knot

Dari satu kondisi pada kecepatan dinas kapal yaitu pada kecepatan dinas kapal 20 knot dan hanya dianalisa dari dua sudut masuk gelombang yakni beam seas (90 derajat) dan head seas (180 derajat) menunjukkan respons pitching terbesar terjadi pada saat kapal mengalami head seas (sudut hadap 180 derajat) sebesar 1,086 m/m.

4.1.6. Perbandingan respon pitch kapal hasil running program maxsurf seakeeper dengan hasil perhitungan manual.Tabel 4.4. Perbandingan respon pitch kapal hasil running program maxsurf seakeeper dengan hasil perhitungan manual dengan excel untuk Vs = 20 knot (deg)Respon

MaxsurfManualSelisih (%)

900,00110,00090,008

1800,00120,00100,0075

Gambar 4.5: Grafik perbandingan respon pitching antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 20 knot, = 90 deg dan 180 deg

Dari perbandingan diatas dapat dilihat persentase perbandingan respon pitching antara perhitungan manual dengan hasil running seakeeper. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi selisih antara kedua analisa tersebut, diantaranya ketidaksempurnaan permodelan yang dilakukan pada saat membuat model di maxsurf, pembuatan model kapal untuk uji seakeeping di seakeepers sangat mempengaruhi hasil saat running. Tingkat pembuatan model masih belum bisa diprediksi tingkat keakurasiannya, sehingga ini bisa menjadi indikasi selisih nilai yang dihasilkan pada perhitungan manual.

4.1.7. Analisa response rolling kapal maksimum untuk frekuensi gelombang (Ww = 4,51 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual.Tabel 4.5. Significant roll untuk Ww = 4,51 rad/sec (deg) 1/3 (ft)

20 knot

900,001

1800,000

Gambar 4.6: Grafik resnpons rolling untuk Vs = 20 knot

Dari satu kondisi pada kecepatan dinas kapal yaitu pada kecepatan dinas kapal 20 knot dan hanya dianalisa dari dua sudut masuk gelombang yakni beam seas (90 derajat) dan head seas (180 derajat) menunjukkan respons rolling terbesar terjadi pada saat kapal mengalami beam seas (sudut hadap 90 derajat) sebesar 0,478 m/m.4.1.8. Perbandingan respon roll kapal hasil running program maxsurf seakeeper dengan hasil perhitungan manual.Tabel 4.6. Perbandingan respon roll kapal hasil running program maxsurf seakeeper dengan hasil perhitungan manual dengan excel untuk Vs = 20 knot (deg)Respon

MaxsurfManualSelisih (%)

900,0010,0010,003

1800,0000,0000,000

Gambar 4.7: Grafik perbandingan respon rolling antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 20 knot, = 90 deg dan 180 deg

Dari perbandingan diatas dapat dilihat persentase perbandingan respon rolling antara perhitungan manual dengan hasil running seakeeper. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi selisih antara kedua analisa tersebut, diantaranya ketidaksempurnaan permodelan yang dilakukan pada saat membuat model di maxsurf, pembuatan model kapal untuk uji seakeeping di seakeepers sangat mempengaruhi hasil saat running. Tingkat pembuatan model masih belum bisa diprediksi tingkat keakurasiannya, sehingga ini bisa menjadi indikasi selisih nilai yang dihasilkan pada perhitungan manual.BAB VPENUTUP

5.1. KesimpulanBerdasarkan perhitungan seakeeping pada kapal niaga yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :a. Variasi untuk menghitung seakeeping kapal yang dilakukan adalah variasi frekuensi gelombang (0.3 rad/sec, 1.21 rad/sec, 1.87 rad/sec, 2.53 rad/sec, 3.19 rad/sec, 3.85 rad/sec, dan 4.51 rad/sec) , 1 variasi kecepatan kapal (20 knot) dan 2 variasi sudut hadap (90 derajat dan 180 derajat), sehingga masing-masing kecepatan didapatkan respon kapal yang berbeda-beda. b. Respon heaving maksimum terjadi pada sudut masuk 90 derajat, respon pitching maksimum terjadi pada sudut masuk 180 derajat, dan respon rolling maksimum terjadi pada sudut masuk 90 derajat.c. Persentase perbandingan respon heaving, pitching, dan rolling antara perhitungan manual dengan hasil running seakeeper didapat beberapa faktor yang mempengaruhi selisih antara kedua analisa tersebut, diantaranya ketidaksempurnaan permodelan yang dilakukan pada saat membuat model di maxsurf, pembuatan model kapal untuk uji seakeeping di seakeepers sangat mempengaruhi hasil saat running. Tingkat pembuatan model masih belum bisa diprediksi tingkat keakurasiannya, sehingga ini bisa menjadi indikasi selisih nilai yang dihasilkan pada perhitungan manual.