Desain Rencana GarisDesain Rencana GarisGaguk SuhardjitoGaguk Suhardjito

gagukesha@gmail.comgagukesha@gmail.com

PPNS 2008PPNS 2008

……………….. 1

GGeometri eometri KKapalapal

Sisi luar lambung kapal berbentuk lengkung pada beberapa kasus terdapat tekukan, penggambaran lambung kapal pada sebidang kertas gambar dinamakan rencana garis ( lines plan/ship’s lines/lines ), bentuk lambung kapal secara umum harus mengikuti kebutuhan daya apung, stabilitas, kecepatan, kekuatan mesin, olah gerak dan yang penting adalah kapal bisa dibangun.

Gambar Rencana garis ( lines plan ) terdiri dari proyeksi ortographis/siku-siku dari interseksi/perpotongan antara permukaan/surface lambung kapal dan tiga set bidang yang saling tegak lurus.

Rencana sheer/Profil/Sheer plan menunjukkan interseksi/perpotongan antara permukaan/surface lambung kapal dengan bidang tengah/centreplane – sebuah bidang

vertical pada garis tengah / centreline kapal – dan bidang tegak/buttockplane yang sejajar dengannya (centreplane), Interseksi dengan bidang tengah akan menghasilkan profil haluan/bow dan buritan/stern.Rencana sheer/Sheer plan untuk kapal komersial digambar dengan meletakkan haluan kapal/bow section pada sisi kanan.

……………….. 2

Rencana garis air/Half breadth/Waterlines plan menunjukkan interseksi permukaan lambung kapal dengan bidang yang sejajar bidang dasar/baseplane horizontal, bidang dasar/baseplane adalah bidang horizontal yang melalui garis dasar/baseline.Interseksi dengan bidang-bidang tersebut akan menghasilkan Rencana garis air/Waterlines plan.

Body plan menunjukkan bentuk dari station/section yang merupakan interseksi antara permukaan lambung kapal dengan bidang yang tegak lurus dengan bidang tegak/buttockplane dan bidang garis air/waterline plane.

Pada umumnya penggambaran body plan dibagi 2 sisi kiri dan sisi kanan, sisi kiri untuk setengah bagian belakang dan sisi kanan untuk setengah bagian depan.

Permukaan lambung kapal yang dimaksud diatas adalah permukaan molded/molded surface adalah permukaan yang dibentuk oleh sisi luar gading kapal atau sisi dalam kulit, hal ini berlaku untuk kapal baja, kapal aluminium dan kapal kayu untuk kapal fibreglass/FRP permukaan molded dibentuk oleh sisi luar kulit (lambung kapal).

Kapal kayu mempunyai 2 buah Rencana garis, Rencana garis sisi dalam kulit (inside planking) dan sisi luar kulit (outside planking), rencana garis sisi dalam kulit digunakan untuk membentuk gading dan bagian konstruksi lainnya sedangkan rencana garis sisi luar kulit digunakan untuk menghitung hydrostatic, stabilitas dan tahanan kapal, hal tersebut karena kulit kapal kayu lebih tebal dibanding kulit baja sedang ukuran kapal kayu lebih kecil dibanding kapal baja, sehingga tebal kulit tidak bisa diabaikan dalam perhitungan hydrostatic, stabilitas dan tahanan hal ini berbeda dengan kapal baja.Jumlah station/section pada umumnya 21 buah, antara garis tegak depan dan garis tegak belakang dibagi 20 interval, indentifikasi station dimulai dari AP (station nomor nol ) hingga FP ( station nomor 20 ).

Naval arsitektur ( Bangunan kapal ) memiliki terminologi tersendiri yang berupa simbol atau singkatan kata.

AP After Perpendicular/garis tegak buritan adalah garis tegak yang terletak pada sisi belakang sterpost atau bila tidak ada sternpost, FP terletak pada sumbu poros kemudi.

……………….. 3

FP Forward Perpendicular/garis tegak haluan adalah garis tegak vertikal yang melalui interseksi antara garis air muat/garis air perencanaan /DWL dan sisi dalam linggi haluan

LBP Panjang antara garis tegak / Length between perpendicular adalah jarak horizontal antara AP dan FP

LWL Panjang garis air/ Length of water lines adalah jarak horisontal antara FP dan interseksi antara sisi dalam linggi buritan dan garis air muat/garis air perencanaan /DWL

LOA Panjang keseluruhan/ Length overall adalah panjang kapal yang diukur dari ujung haluan dan ujung buritan pada sisi dalam kulit

Amidship Tengah kapal adalah titik tengah antara garis tegak haluan/FP dan garis tegak buritan/AP

Midship section adalah station/section pada tengah kapal/Amidship

Bmld Lebar kapal/Breadth molded adalah lebar kapal molded yang diukur pada tengah kapal pada sisi luar gading/ sisi dalam kulit

Dmld Tinggi molded/Depth molded adalah jarak vertikal pada amidship yang diukur dari sisi atas Lunas/keel ke sisi bawah pelat geladak pada tepi kapal

Tmld Sarat molded/Draft molded adalah jarak vertical yang diukur dari sisi atas Lunas/keel ke Garis air/WL

T Sarat/Draft adalah jarak vertical yang diukur dari sisi bawah Lunas/keel ke Garis air/WL

Keel Point Titik lunas adalah titik yang terletak pada tengah kapal/amidship, pada Garis tengah/Centreline dan sisi atas Lunas/keel

Molded Base Line adalah garis horizontal yang melalui keel point, garis ini digunakan sebagai garis referensi perhitungan hidrostatik

Sheer adalah kelengkungan horizontal geladak kapal, diukur dari perbedaan tinggi berbagai posisi dan tinggi pada tengah kapal, pada umumnya sheer bagian depan lebih tinggi dibanding bagian belakang, desain kapal modern pada saat ini banyak kapal yang tidak memiliki sheer

……………….. 4

Camber Kelengkungan transversal geladak kapal, diukur dari perbedaan antara tinggi bagian tengah kapal dan tinggi pada sisi kapal

Rise of Floor adalah kemiringan pelat dasar kapal diukur secara transversal pada amidship dan Bmld

Tumble home lengkungan kedalam pada sisi tengah kapal

Centreline plane/Middle line plane, bidang tengah adalah bidang vertical pada garis tengah/ centreline yang membagi kapal secara simetri

Water planes bidang garis air adalah bidang yang dibatasi oleh garis air

Freeboard lambung bebas adalah jarak vertikal antara garis air yang diijinkan dan sisi atas geladak pada tepi geladak tengah kapal

Freeboard mark/Load line mark/Plimsol Mark merkah garis muat adalah marka/tanda yang harus dipasang pada lambung kapal komersial pada tengah kapal dikedua sisi, marka ini menunjukkan sarat maksimum yang diijinkan untuk wilayah perairan dan musim tertentu,

Marka S untuk SummerW untuk WinterT untuk TropicalWNA untuk Winter North AtlanticTF untuk Tropical Fresh Water

PMB Parallel Middle Body adalah panjang dimana station/section memiliki luas dan bentuk yang sama

Fore body bagian lambung kapal yang tercelup air didepan amidship

After body bagian lambung kapal yang tercelup air dibelakang amidship

……………….. 5

Entrance body bagian lambung kapal yang tercelup didepan PMB

Run body bagian lambung kapal yang tercelup air dibelakang PMB

……………….. 6

DDesainesain L Lambungambung : : CSACSA

Desain lambung pada umumnya dilakukan dengan menganggap kapal berada diperairan tenang dan bentuk lambung kapal akan sangat mempengaruhi karakteristik sbb:

Penambahan Tahanan pd saat berlayar Kemampuan manuver kapal Roll dumping, ketahanan thd olengan kapal Kemampuan bergerak di tengah gelombang Kemampuan menahan hempasan gelombang Volume dibawah geladak

Desain lambung bisa mulai dilakukan setelah ukuran utama kapal < LBP, Bmld, Tmld, Dmld & CB> didapatkan, hal penting dari desain garis adalah Froude Number (Fn), kerampingan kapal (slenderness) merupakan fungsi dari Fn, nilai Fn yang besar akan mengakibatkan bentuk lambung kapal yang lebih ramping. Passanger Liner (kapal penumpang) memiliki harga Fn yang lebih besar dibanding General Cargo (Kapal Barang)

Slow Speed Cargo Cargo Liner Fruit Ships Destroyer

Fn 0,15-0,18 0,21 0,24 >0,45

CB 0,80 0,70 0,65 0,46-0,54

CP 0,809-0,805 0,715 0,664 0,56-0,64

Lindblad(1961) & Todd (1945)

Perhatian khusus dalam hal desain lambung harus diberikan pada :

Bentuk dari Sectional Area Curve (CSA) yang merupakan distribusi luas penampang kesepanjang lambung kapal .

Bentuk tengah Kapal (Midship Section) Bentuk station haluan, linggi haluan dan garis air haluan Bentuk station buritan, linggi buritan dan garis air buritan Parameter bentuk lambung

Bentuk CSA menunjukkan kelangsingan kapal, berbagai contoh bentuk CSA

……………….. 7

CSA tanker memiliki PMB yang lebih panjang dibanding Container

Desain Sectional Area Curve (CSA) dilakukan dengan bantuan diagram Scheltema De Heere , Diagram NSP, Form Data, Diagram Hamlin dan atau dengan teknik trial and error, hal penting dari desain CSA adalah konsistensi Desplasemen dan LCB.

Froude Number yang merupakan konstanta non dimensi bisa dihitung dengan Rumus :

Fn = V/( g.L )0,5

Penentuan Koefisien Prismatik dilakukan dengan berbagai cara, salah satunya dengan bantuan diagram Design lanes for prismatic coefficient and displasement-length ratio ( Saunders, 1957) dengan cara memplot nilai Fn pada diagram untuk kemudian harga CP bisa ditentukan.

……………….. 8

Desain CSA dengan bantuan diagram Hamlin mengikuti alur dibawah ini :

Froude Number

Koefisien Prismatik (CP)

LCB

CPaft

CPfore

CB, CWP, CM

Sectional Area Curve (CSA)

Main Dimension

……………….. 9

Penentuan LCB bisa dilakukan dengan berbagai rumus pendekatan diantaranya

LCB/L = (8,80 - 38,9 Fn)/100

LCB/L = - 0,135 + 0,194 CP untuk Kapal Tanker dan Curah

Begitu juga dengan harga CM, CWP dan CB

Fn = 0,595 ( 1,05 – CB) Van Lammeren 1948

CWP = 0,18 + 0,86 CP Series 60

CM = CB/CP Series 60

Desain CSA bisa juga menggunakan diagram De Heere

……………….. 10

Setelah CSA berhasil didesain dengan pengecekan terhadap konsistensi Displasemen dan LCB , dari diagram tersebut ditentukan panjang/posisi : PMB aft, PMB fore, Run Body & Entrance Body

……………….. 11

DDesainesain L Lambung ambung : : MidshipSectionMidshipSection

R

r

R

R

……………….. 12

Hampir Hampir semua kapal barang /Cargo ship didesain dengan dasar datar/flat bottom semua kapal barang /Cargo ship didesain dengan dasar datar/flat bottom pada bagian tengah kapal, rise of floor masih banyak dijumpai pada kapal dengan pada bagian tengah kapal, rise of floor masih banyak dijumpai pada kapal dengan CM <0,9 .CM <0,9 .Pada kapal Container Midship Section didesain dengan bentuk trapesium guna Pada kapal Container Midship Section didesain dengan bentuk trapesium guna meningkatkan efisiensi ruang muat.meningkatkan efisiensi ruang muat.

Berbagai contoh Midship sectionBerbagai contoh Midship section

Radius Bilga tanpa rise of foorRadius Bilga tanpa rise of foor Radius Bilga dengan rise of floorRadius Bilga dengan rise of floor

RR22 = 2,33 ( 1 – CM ) B . T = 2,33 ( 1 – CM ) B . T R R2 2 = { 2BH ( 1 – CM ) – ( B . r ) } / 0.8548= { 2BH ( 1 – CM ) – ( B . r ) } / 0.8548

PadaPada beberapa kapal kontainer midship beberapa kapal kontainer midship section didesain dengan bentuk trapesiumsection didesain dengan bentuk trapesium guna meningkatkan efisiensi ruang muat. guna meningkatkan efisiensi ruang muat.

DenganDengan luas MSA dan sarat yang sama , luas MSA dan sarat yang sama , bentuk trapesoid lebih lebar, kapal akan bentuk trapesoid lebih lebar, kapal akan

……………….. 13

memiliki WSA yang lebih kecil dan CB yang lebih kecil sehigga tahanan menjadi memiliki WSA yang lebih kecil dan CB yang lebih kecil sehigga tahanan menjadi lebih kecil.lebih kecil.

DDesainesain L Lambung ambung : : LinggiLinggi

Berbagai bentuk haluan kapal

Bagian depan kapal/ Bow dapat dibedakan dari bentuknya : Bentuk standar (bulbless), Bentuk bulbous bow dan Bentuk khusus misalnya bow untuk l Pemecah es/ ice breaker.

Tiga hal penting bentuk bow adalah Bentuk linggi depan ( stem profile ), Bentuk Station depan ( fore section shape ) dan Bentuk LWL ( Load Water Line ).

……………….. 14

Bentuk linggi depan/ stem profile

Pada mula kapal memiliki bentuk linggi depan vertikal hingga kapal memiliki bentuk linggi depan seperti saat ini yang memiliki kemiringan/ rake baik diatas maupun dibawah garis air.

Bentuk Station/section haluan

Station/section bagian depan haluan kapal memiliki bentuk U atau V.

Bentuk Station V, memiliki kelebihan-kelebihan sebagai berikut ;

- Volume deck yang lebih besar- Area Deck/Fore castle deck yang lebih luas- WPA yang lebih luas sehingga momen inertianya

lebih besar, VCB lebih tinggi, sehingga stabilitas kapal menjadi lebih baik

- WSA yang lebih kecil, volume baja kapal menjadi lebih kecil

- Bentuk kurvature lebih sederhana, mengurangi biaya produksi

Masalah pada bentuk Station V,- Memiliki tahanan gelombang yang lebih besar, meski tahanan geseknya

menjadi lebih kecil tahanan total yang terjadi menjadi lebih besar dibanding bentuk U untuk 0,18 < Fn < 0,25

- Bentuk V pada station haluan hanya memiliki tahanan yang baik pada Fn < 0,18 atau Fn > 0,225 untuk Normal cargo, pada kapal dengan B/T > 0,35 memiliki range yang lebih lebar

……………….. 15

Bentuk DWL haluan

Bentuk DWL haluan, ditentukan oleh sudut masuknya ( half angle of entry ) / iE

CP 0,55 0,60 0,75 0,70 0,75 0,80 0,85iE 8 o 9 o 9-10 o 10-14 o 21-23 o 33 o 37 o

Ujung depan DWL diusahakan memiliki radius sekecil mungkin untuk memberi efek hidrodinamik yang lebih baik, round bar bisa digunakan pada ujung /linggi depan, radius minimum yang memungkinkan adalah sebesar ( 3 x 4 ) x tebal plat, radius pada geladak cuaca adalah

Rdeck = 0,08 B/2 untuk CP <= 0,72

Bentuk haluan kapal bisa dibedakan menjadi bentuk bow tajam atau bentuk parabolik, bentuk bow parabolik digunakan untuk kapal dengan CB > 0,8 dan L/B rendah yang pada umumnya kapal tersebut adalah Tanker atau Bulker.

Berbagai bentuk buritan kapal

……………….. 16

Desain buritan kapal meliputi Linggi Buritan, Bentuk Station Buritan dan Propeller clearance.

Buritan kapal niaga pada umumnya dibedakan 2 bentuk, bentuk elips (merchant) dan bentuk transom, bentuk transom memiliki keuntungan antara lain; Poop deck yang lebih lebar, Kelengkungan buritan yang lebih sederhana, Luas pelat yang lebih sedikit sehingga biaya produksinya pun lebih rendah.Berbagai bentuk transom

Stern section/ station buritan kapal yang tercelup air sesuai bentuknya dibedakan menjadi

1. Bentuk U2. Bentuk V3. Bentuk Stern bulb

Masing-masing bentuk memiliki efek tahanan yang berbeda , bentuk V memiliki tahanan yang rendah, bentuk U memiliki tahanan yang lebih besar dan bentuk Stern bulb memiliki tahanan yang paling besar.

Disisi lain bentuk V menghasilkan Non uniform wake distribution yang tidak menguntungkan bagi kerja propeller sedangkan bentuk U dan Stern bulb menghasilkan Uniform wake distribution.

……………….. 17

Propeller clearance berpengaruh terhadap :

1. Kebutuhan daya mesin2. Getaran3. Diameter propeller dan putaran optimum propeller4. Fluktuasi pada torsi

……………….. 18

DDesainesain S Shape hape CControlontrol

Shape control berfungsi sebagi outline bentuk lambung kapal, shape control juga merupakan bagian proses kreative seorang desainer untuk menghasilkan desain kapal yang diinginkan.

Bentuk-bentuk khusus pada lambung kapal didesain terlebih dulu pada shape control, misal bentuk tekukan lambung, geladak yang lebih luas, bentuk transom dsbnya.

Langkah-langkah desain shape control lihat appendiks

……………….. 19

DDesainesain S Station/tation/BBody ody PPlanlan

Desain station dibuat berdasarkan Grafik CSA dan Shape control, grafik CSA memberikan informasi besarnya luas penampang melintang pada station tertentu sedang shape control memberikan informasi batas-batas /Boundary/Titik singgung station tertentu.

……………….. 20

LLangkah-langkah angkah-langkah DDesain esain RRencana encana GGarisaris

Sebuah contoh …..

Step 1 : Penentuan Ukuran Utama Kapal

Ukuran Utama Kapal :

Jenis Kapal : KontainerLBP : 80 mBmld : 11,40 mDmld : 6,10 mTmld : 4,75 mVs : 12 knots

Step 2 : Perhitungan Froude Number (Fn)

Fn = V / (g.LBP)1/2 V Kecepatan Kapal (m/s)g Gravitasi (9,8 m/s2)

1 knots = 0,5144 m/s

Fn = (12 * 0,5144) / (9,8 * 80) 1/2 = 6,172 / 28

Fn = 0,220

Step 3 : Perhitungan CB, CM,CWP, CP & LCB

Menurut Jensen 1994,

CB = - 4,22 + 27,8 (Fn) 1/2 – 39,1 Fn + 46,6 Fn3 untuk 0,15<Fn<0,32

CB = - 4,22 + 27,8 (0,22) 1/2 – 39,1 * 0,22 + 46,6 * 0,22 3

CB = 0,71

CM = 1 / ( 1 + ( 1 – CB) 3,5 )

CM = 1 / ( 1 + ( 1 – 0,71) 3,5 )

……………….. 21

CM = 0,987

Menurut H. Schneekluth

CWP = ( 1 + 2 CB ) / 3

CWP = ( 1 + 2 0,71 ) / 3

CWP = 0,86

CP = CB / CM

CP = 0,71 / 0,987

CP = 0,7193

Menurut Jensen 1994,

LCB / LBP = ( 8,80 – 38,9 Fn ) / 100

LCB / LBP = - 0,135 + 0,194 * CP untuk tanker / Bulker

LCB / LBP = ( 8,80 – 38,9 * 0,220 ) / 100

LCB / LBP = 0,00242

LCB = 0,00242 * 80

LCB = + 0,193 m

LCB = + 0,242 % LBP

……………….. 22

Step 4 : Penentuan CPA & CPF

Coefficient Prismatic Aft (CPA) dan Coefficient Prismatik Fore (CPF) bisa ditentukan dengan memplot harga LCB dan harga CP pada diagram hamlin .

Hasil plotting nampak sbb;Dari diagram terbaca

CPA = 0,715

CPF = 0,725

Step 5 : Penentuan Luas Masing-masing Station

……………….. 23

Dengan bantuan diagram Hamlin , masing-masing luas station bisa ditentukan nilainya, dengan cara memplot harga CPA dan CPF pada diagram, seperti nampak dibawah ini

Plotting pada diagram ini akan menghasilkan luas masing-masing station,

Perhatian !!!!!!! Penomoran station pada diagram diatas tidak sama dengan penomoran station pada umumnya sehingga perlu penyesuaian, misalnya Station 5 pada diagram sama dengan station 15 pada umumnya, Station 18 sama dengan station 2 dstnya.

Tabel Luas Station

……………….. 24

No. Station pada Diagram

No. Stationpada Gambar

Luas Station /Luas Midship

Luas Station

- A- B

20 AP19,5 0,519 1

18,5 1,518 217 316 415 514 613 712 811 910 109 118 127 136 145 154 163 172 18

1,5 18,51 19

0,5 19,50 20

Station A dan station B adalah station cant part, nilainya terbaca pada diagram csa

Step 6 : Penggambaran CSA

LBP

Length of Run Body Paralel Middle Body Length of Entance Body

A midship

B.T

LWLAP FP

A

B

……………….. 25

CSA bisa digambar dengan cara memplot besarnya luas station sebagai absis dan panjang kapal sebagai ordinat, akurasi CSA akan lebih baik bila menggunakan kertas milimeter, hasil plot akan menghasilkan CSA ( Curves of Sectional Area ), perlu proses fairing untuk penggambaran CSA sekaligus untuk mengoreksi deviasi pembacaan diagram.

Setelah fairing selesai dilakukan sehingga menghasilkan kurva CSA yang fair, kemudian CSA diperiksa akurasinya dengan cara membaca ulang area station untuk kemudian dimasukkan ke tabel perhitungan Displasemen dan LCB,

Perhitungan Displasemen dan LCB bisa menggunakan tabel dibawah ini

……………….. 26

No. Stationpada Gambar

Luas Station A

FaktorSimpson (FS)

Faktor Momen (FM)

HasilA * FS

HasilA * FM

A 1 * x - (10 + 2 x)B 4 * x - ( 10 + x )

AP ( x + 0,5 ) - 100,5 2 - 9,51 1 - 9

1,5 2 - 8,52 1,5 - 83 4 - 74 2 - 65 4 - 56 2 - 47 4 - 38 2 - 29 4 - 110 2 011 4 112 2 213 4 314 2 415 4 516 2 617 4 718 1,5 8

18,5 2 8,519 1 9

19,5 2 9,520 0,5 10

Σ 1 Σ 2

x = [( LWL + LBP ) / 2] / h h = LBP / 20

Volume Displasemen = 1/3 * h * Σ 1 ( m3 )

LCB = Σ 1 / Σ 2 * h ( m )

Pemeriksaan akurasi

( Displ target –Displ perhitungan ) / Displ target x 100 % < 0,5 %

( LCB target – LCB perhitungan ) / LBP < 0,2 %

Step 7 : Shape Control/Desain Parameter Bentuk Lambung

……………….. 27

Lihat appendix

Step 8 : Desain Station

Station didesain berdasarkan data CSA dan Parameter lambung , Kurva CSA memberikan besarnya luas station, Parameter lambung memberikan informasi tentang bondary condition pada masing-masing station.

Berbagai contoh body plan