Ship Resistance

Proposal Penelitian Dosen Muda Wahyu Wiyati (NIP. 132 307 409)

Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penggunaan kapal katamaran sebagai salah satu alat transportasi laut dan

sungai telah berkembang pesat dewasa ini dan nampaknya akan terus berkembang

di masa yang akan datang. Beberapa alasan yang membuat meningkatnya

permintaan kapal katamaran sebagai kapal penumpang atau kapal cepat (high

speed passanger craft) maupun alat transportasi bila dibandingkan dengan

monohull diantaranya adalah tersedianya luasan geladak (deck area) yang lebih

besar, stabilitas kapal yang lebih baik dan performance kapal yang lebih baik

sehingga kenyamanan dan keamanan penumpang meningkat. Menurut laporan

Drewry Shipping Consultans, London (1997), 43% armada angkutan penumpang

dan kendaraan menggunakan kapal katamaran.

Seiring dengan besarnya minat pasar terhadap kapal katamaran sebagai

kapal cepat maka para peneliti terus-menerus melakukan kajian tentang efisiensi

bentuk hidrodinamis lambung, pemakaian material yang ekonomis dan ringan,

pemilihan mesin dan propeler, dan yang paling penting adalah hambatan kapal

katamaran (catamaran resistance). Keakurasian perhitungan hambatan pada

tahapan awal proses desain kapal perlu dilakukan dengan tujuan untuk

menghitung besarnya daya mesin dan pemakaian bahan bakar. Penelitian tentang

hambatan kapal katamaran adalah lebih komplek dan rumit dibandingkan dengan

kapal monohull. Insel dan Molland (1991) menyatakan bahwa hambatan total

pada katamaran kecepatan tinggi (high speed catamaran) dipengaruhi oleh 2

komponen penting, yaitu:

a. Viscous interference (interferensi viscous) yang disebabkan oleh

asymmetric-flow di sekitar demihulls dan memberikan efek pada formasi

boundary-layer.

b. Wave interference (interferensi gelombang) yang disebabkan adanya

interaksi dari gelombang yang dihasilkan oleh masing-masing demihull.



Analisa besarnya hambatan total pada katamaran masih sangat terbatas

literaturnya. Pendekatan lebih banyak didasarkan pada analisa teoritis yakni

mengembangkan persamaan matematika yang rumit, analisa numerik

menggunakan software CFD (Computational Fluid Dynamic) dan melalui

eksperimental di terowongan angin (wind tunnel) dan kolam uji tarik (towing

tank). Analisa teoritis biasanya memerlukan waktu yang sangat lama karena rumit

dan kompleknya persamaan matematika yang harus diselesaikan. Sedangkan

analisa numerik dengan menggunakan CFD membutuhkan waktu yang singkat

dan ketelitian yang diperoleh akan lebih akurat. Karena menggunakan teknologi

komputer yang terus berkembang. Sedangkan eksperimen model merupakan cara

yang baik untuk mengetahui langsung perilaku model selama percobaan

dilakukan. Tetapi eksperimen memerlukan biaya yang besar.

Para peneliti terdahulu lebih banyak menggunakan pendekatan numerik

CFD dan eksperimen model dalam menentukan hambatan katamaran. Untuk

hambatan gelombang, pendekatan yang dipakai adalah dengan teori potensial flow

untuk memprediksi interferensi gelombang dan menentukan jarak optimum antara

demihull (Doctors dan Scrace, 2003). Moraes, dkk. (2004) melakukan penelitian

dengan variasi jarak antara antara demihull dan perubahan parameter hull dalam

rangka menentukan pengaruh interferensi gelombang terhadap hambatan

gelombang. Moraes juga menggunakan teori potensial flow dan

membandingkannya dengan slender body theory. Campana, dkk. (2006)

menggunakan teori potensial flow untuk melihat pengaruh interferensi gelombang

terhadap wave profile drag karena perubahan jarak antara lambung katamaran.

Sedangkan untuk hambatan viscous, beberapa eksperimen model

katamaran di towing tank dengan variasi jarak antara demihull telah dilakukan

oleh Insel (1990) dan Molland, dkk. (1996). Sementara Utama (1999), Utama dan

Molland (2001), dan Armstrong (2003) melakukan percobaan model katamaran di

wind tunnel dengan variasi jarak antara demihull. Kajian tersebut berkesimpulan

sama bahwa dengan adanya perubahan jarak antara dua badan katamaran

memberikan pengaruh yang penting terhadap hambatan viscous. Kemudian

mereka juga mengindikasikan bahwa hasil kajian tersebut masih perlu diteliti



lebih mendalam perihal interferensi dan interaksi antara demihull dengan

beberapa parameter perubahan hull dan variasi kecepatan.

Kajian tentang interferensi antara komponen hambatan viscous dan

hambatan gelombang terhadap parameter perubahan hull, variasi kecepatan dan

variasi jarak antar demihull, yang mempengaruhi hambatan total katamaran

belum pernah dilakukan sebelumnya. Oleh karena itu, penulis mencoba

melakukan penelitian tentang hal tersebut. Penelitian ini menggunakan integrasi

Michell dalam menentukan hambatan gelombang, memakai metode slender body

theory (Michell, 1898). Sedangkan untuk analisa hambatan viscous menggunakan

harga form factor dari ITTC 1957 Model-Ship Correlation Line. Semua

perhitungan numeric menggunakan program CFD. Hasil yang diperoleh akan

dibandingkan dengan hasil pengujian model katamaran yang dilakukan di towing

tank dan wind tunnel. Untuk kesesuaian antara hasil perhitungan numeric CFD

dan pengujian model, maka dimensi model yang dipakai untuk analisa numerik

akan disamakan dengan model katamaran untuk pengujian di wind tunnel maupun

towing tank.

1.2 Perumusan Masalah

Untuk mengetahui bagaimana pengaruh interferensi antara komponen

hambatan viscous dan hambatan gelombang terhadap hambatan total kapal

katamaran maka terdapat beberapa permasalahan yaitu:

1. Bagaimana pengaruh perubahan bentuk hull (symmetrical, asymmetrical dan

staggered) terhadap hambatan viscous dan hambatan gelombang katamaran?

2. Bagaimana pengaruh perubahan jarak antara demihull (S) terhadap hambatan

viscous dan hambatan gelombang katamaran?

3. Bagaimana pengaruh variasi kecepatan terhadap hambatan viscous dan

hambatan gelombang katamaran?



1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dan manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui besarnya hambatan viscous dan hambatan gelombang yang

terjadi pada 3 buah model katamaran, dengan bentuk lambung symmetrical,

asymmetrical dan staggered.

2. Mengetahui berapa rasio jarak antara demihull dengan panjang kapal (S/L)

yang optimum untuk menghasilkan hambatan viscous dan hambatan

gelombang yang paling kecil.

3. Mengetahui berapa kecepatan optimum untuk menghasilkan hambatan

viscous dan hambatan gelombang yang paling kecil.

1.4 Batasan Masalah

Batasan-batasan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Variasi Froude Number (Fn) yang digunakan adalah antara 0,2 sampai

dengan 1,0.

2. Variasi rasio jarak antara demihull dengan panjang kapal (S/L) adalah 0,2 ;

0,3 ; 0,4 ; 0,5 ; 0,6.

3. Variasi rasio jarak longitudinal staggered dengan panjang kapal (r/L)

adalah 0,2; 0,3; 0,4; 0,5.

4. Penelitian tidak mengulas masalah kekuatan kapal, seakeeping dan motion

yang terjadi dengan adanya perubahan jarak antara demihull, variasi

kecepatan maupun perubahan bentuk lambung katamaran.



BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Komponen Hambatan Monohull

Hambatan total kapal dikenalkan pertama kali oleh William Froude

(1955) dengan melakukan observasi terhadap bentuk gelombang (wave pattern)

menggunakan model kapal dengan bentuk lambung sama untuk berbagai ukuran

yang berbeda. Froude kemudian mengasumsikan bahwa koefisien hambatan total

(CT) terdiri dari beberapa komponen, yaitu:

RFoT CCC (1)

dimana CFo adalah koefisien hambatan gesek (skin friction coefficient), dan CR

adalah koefisien hambatan sisa (residuary coefficient). Untuk kecepatan tertentu

(Fn model = Fn kapal) maka CR model dan CR kapal diasumsikan sama. Froude

Number (Fn) adalah rasio antara kecepatan model (V) dengan akar kuadrat dari

panjang model (L) dan percepatan gravitasi (g) dan nilainya adalah

nondimensional. Harga Fn untuk model adalah sama dengan Fn untuk kapal.

)( Lg

VFn (2)

Metode Froude juga memungkinkan untuk menghitung koefisien

hambatan total kapal (CTs) dengan mengekstrapolasi hasil koefisien hambatan

total dari eksperimen model (CTm) ke kapal.

)( FsFmTmTs CCCC (3)

dimana notasi m dan s digunakan untuk mengidentifikasi model dan kapal (ship).

Pada tahun 1957, International Towing Tank Conference (ITTC) melalui

konferensi internasional di Madrid, menyetujui formulasi untuk skin friction

sebagai:

2

10 )2(log

075,0

RnCF (4)



Rumusan tersebut (4) dikenal dengan “ITTC 1957 Model-Ship Correlation Line”,

hanya digunakan untuk tujuan praktis dan model saja. Reynolds Number (Rn)

adalah nilai nondimensional yang dikemukakan oleh Osborne Reynolds (1883)

dan merupakan fungsi untuk mencari rumusan skin friction resistance.

LVRn (5)

dimana adalah viskositas kinematik dari fluida, air tawar = 1,14 x 10-6

m2/s dan

air laut =1,19 x 10-6

m2/s.

Hughes (1954, 1966) telah mengenalkan metode untuk mengekstrapolasi

hambatan model menjadi hambatan kapal. Hughes mengasumsikan bahwa

koefisien hambatan total model (CTm) terdiri dari dua komponen yaitu koefisien

hambatan viscous (CVm) dan koefisien hambatan wavemaking (CWm). Untuk

menghitung total hambatan viscous diperkenalkan suatu koefisien hambatan

bentuk (the form resistance coefficient) yang kemudian lebih dikenal dengan form

factor (1+k). (1+k) ini digunakan untuk memperoleh hubungan dengan CF

correlation line menurut ITTC (1957) dalam rangka menghitung koefisien

hambatan viscous total.

WmVmTm CCC

WmFmTm CCkC )1( (5)

kemudian hambatan total kapal diperoleh dengan mengekstrapolasi:

))(1( FsFmTmTs CCkCC (6)

Pada tahun 1978, Komite Hambatan ITTC yang ke-15 mengajukan

metode baru yang disebut “1978 ITTC Performance Prediction Method for Single

Screw Ship”. Dalam metode ini, total hambatan kapal dibagi menjadi empat

komponen, yaitu:

AAFRFT CCCCkC )1( (7)

dimana (1+k) adalah form factor, CF adalah koefisien hambatan gesek dari ITTC

1957 correlation line, CR adalah koefisien hambatan sisa dari eksperimen model,

CF adalah kekasaran permukaan dan berharga nol untuk model yang licin, CAA

adalah koefisien hambatan udara dan bernilai nol untuk model tanpa bangunan

atas. Metode ini direkomendasikan untuk mendapatkan harga k melalui



pengukuran pada kecepatan rendah dimana CR mendekati nilai nol dan (1+k) =

CT/CF.

2.2 Komponen Hambatan Katamaran

Untuk kapal katamaran, perhitungan hambatannya dapat mengadopsi

metode perhitungan hambatan monohull dengan memasukkan faktor interferensi

antara kedua lambung. Efek interferensi antara demihull pada konfigurasi

katamaran diperoleh dengan memodifikasi komponen hambatan, yaitu modifikasi

ITTC 1957, ITTC 1978 dan metode pengukuran langsung untuk mengetahui

faktor-faktor interferensi tersebut. Metode ini memberikan pendekatan guna

memahami lebih seksama komponen hambatan dan efek interferensi yang terjadi.

Perhitungan koefisien total hambatan kapal katamaran dengan

memodifikasi metode ITTC 1957:

CATRCATFCATT CCC )()()(

RFCATT CCC )( (8)

dimana adalah factor interferensi hambatan gesek (frictional) dan Ω adalah

factor interferensi hambatan sisa (residuary). Pertambahan kecepatan yang terjadi

di antara badan kapal katamaran dapat diperhitungkan dengan memperkenalkan

factor interferensi dimana dihitung dari integrasi hambatan gesek local atas

permukaan bidang basah. Hal ini sangat tergantung pada jarak antara demihull (S).

Factor interferensi hambatan residuary Ω dapat diintegrasikan dari hasil

eksperimen. Besaran factor ini disebabkan oleh adanya variasi jarak antara

demihull dan kecepatan seperti yang dikemukakan oleh Turner dan Taplin (1968)

dan Muller (1989).

Kemudian modifikasi metode ITTC 1978 sebagai berikut:

CATWCATFCATCATT CCkC )()1()(

WFCATT CCkC )1()( (9)

dimana merupakan factor interferensi hambatan bentuk (form factor) dan

adalah factor interferensi hambatan gelombang (wave). digunakan dalam

perhitungan pengaruh perubahan tekanan di sekitar demihull. Efek interferensi

akibat adanya jarak antara demihull terhadap hambatan gesek dapat diekspresikan



dengan modifikasi factor dan menjadi , seperti yang disarankan oleh Insel

dan Molland (1992). Sehingga (1 + k) = (1 + k) , dan rumusan (9) menjadi:

WFCATT CCkC )1()( (10)

Hambatan total kapal katamaran adalah:

CATTCATT CVAR )(2

1)( 2

(11)



no

yes

BAB III

METODE PENELITIAN

Metodologi penelitian yang digunakan dapat dilihat pada flowchart

seperti gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1 Flowchart penelitian.

Mulai

Studi Literatur dan

Pengumpulan Data

Pembuatan Model

Katamaran

Perhitungan Hambatan Viscous

dan Hambatan Gelombang

Validasi

Analisa CFD

Analisis Hasil

Kesimpulan

Selesai



Penjelasan tentang flowchart penelitian adalah sebagai berikut:

1. Studi Literatur dan Pengumpulan Data

Mempelajari berbagai literature yang berkaitan dengan penelitian yang akan

dilakukan, terutama adalah jurnal dan hasil penelitian terdahulu. Sedangkan

data yang dipakai adalah data linesplan dari model katamaran yang dipakai

untuk eksperimen model di towing tank dan wind tunnel, dan data hasil

eksperimen tersebut.

2. Pemodelan Katamaran

Ada 3 model katamaran yang akan dipakai dalam perhitungan hambatan,

yaitu symmetrical hull, asymmetrical hull dan staggered hull. Gambar model

katamaran dapat dilihat dalam gambar 3.2. Ukuran utama 1 hull model

katamaran adalah sebagai berikut:

Symmetrical hull: LWL = 12,4 m; B = 1,1 m; H = 1,6 m; T = 0,7 m; Disp =

5,25 ton.

Assymetrical hull: LWL = 12,6 m ; B = 0,6 m; H = 1,6 m; T = 1,1 m; Disp =

5,05 ton.

Staggered hull: LWL = 12,4 m; B = 1,1 m; H = 1,6 m; T = 0,7 m; Disp = 5,25

ton.

Rasio jarak antar demihull dengan panjang kapal (S/L) yaitu 0,2 ; 0,3 ; 0,4 ;

0,5 ; 0,6.

R

Rasio jarak longitudinal staggered dengan panjang kapal (r/L) adalah 0,2;

0,3; 0,4; 0,5.

Variasi Froude number (Fn) adalah 0,2 sampai dengan 1.



Symetrical Hull

Asymetrical Hull

Staggered Hull

Gambar 3.2 Bentuk model katamaran untuk penelitian.

3. Analisa CFD

Untuk menghitung besarnya hambatan viscous dan hambatan gelombang

pada katamaran maka penulis membuat program perhitungan numerik

dengan menggunakan CDF. Metode perhitungan hambatan viscous akan

dikorelasikan dengan ITTC 1957, sedangkan metode perhitungan hambatan

gelombang menggunakan integrasi Michell.

4. Perhitungan Hambatan Viscous dan Hambatan Gelombang



Melakukan perhitungan hambatan viscous dan hambatan gelombang untuk

mendapatkan hambatan total katamaran dengan melakukan berbagai variasi

S/L ; r/L dan Fn.

5. Validasi

Validasi dilakukan pada perhitungan hambatan dengan variasi S/L ; r/L dan

Fn sampai diperoleh hambatan total yang paling kecil.

6. Analisis Hasil

Hasil yang diperoleh akan dibandingkan dengan hasil pengujian hambatan

pada towing tank dan wind tunnel.

7. Kesimpulan

Memberikan kesimpulan dan laporan terhadap hasil analisa yang dilakukan

terhadap interferensi komponen hambatan total katamaran yaitu hamabatan

viscous dan hambatan gelombang.

Ship Resistance

Documents

Transcript of Ship Resistance