2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stabilitas Nomura dan Yamazaki (1977) menjelaskan bahwa stabilitas merupakan kemampuan kapal untuk kembali ke posisi semula setelah miring akibat pengaruh gaya dari dalam maupun dari luar kapal. Selanjutnya, Fyson (1985) mendefinisikan stabilitas sebagai kemampuan kapal untuk kembali ke posisi semula setelah mengalami pergerakan sementara yang disebabkan oleh angin, gelombang, muatan di kapal, dan sebagainya. Stabilitas dipengaruhi oleh letak titik-titik utama dari gaya yang bekerja pada sebuah kapal. Titik-titik tersebut adalah (Taylor 1977) : 1) Titik B (center of buoyancy) merupakan titik khayal yang menjadi pusat seluruh gaya apung yang bekerja ke atas. 2) Titik G (center of gravity) merupakan titik khayal yang menjadi pusat seluruh gaya berat yang bekerja dengan arah vertikal. 3) Titik M (metacenter) merupakan titik khayal yang menjadi perpotongan dari garis khayal yang melalui titik B dan G saat kapal mengalami kemiringan akibat pengaruh gaya-gaya pada kapal. Keadaan yang stabil pada suatu kapal dapat dicapai dengan beberapa syarat. Hind (1982) menyebutkan bahwa syarat kondisi keseimbangan dapat dicapai apabila : 1) Titik B sama dengan titik W (gaya berat kapal). 2) Titik B dan titik G berada dalam satu garis vertikal. 3) Titik G di bawah titik M.
4
(1) Posisi keseimbangan
(3) Keseimbangan tidak stabil
(2) Keseimbangan stabil
(4) Keseimbangan netral
Keterangan : B G M w
: titik pusat apung : titik pusat gravitasi : titik metacenter : gaya yang bekerja
GZ K WL
: lengan pengembali : lunas : garis air
Sumber : Derret (1991)
Gambar 1 Posisi keseimbangan Muatan dalam kapal terdiri dari dua macam yaitu muatan padat dan muatan cair. Perbedaan jenis muatan ini akan mempengaruhi stabilitas kapal. Muatan cair akan mudah berubah bentuk sedangkan muatan padat akan cenderung tetap. Mudahnya muatan cair untuk berubah bentuk sesuai dengan wadahnya akan mempengaruhi pergerakan kapal. Pergerakan zat cair dalam sebuah tangki yang sebagian penuh dapat mengurangi stabilitas kapal. Hal ini disebabkan karena saat kapal mengalami kemiringan, pusat gravitasi (titik G) dari zat cair tersebut bergerak menuju sisi yang lebih rendah untuk mengurangi lengan pembalik (Lewis 1988).
5
2.2 Free Surface Lewis (1988) menjelaskan bahwa free surface merupakan permukaan bebas yang biasanya terdapat pada benda berbentuk cair yang mengakibatkan benda cair tersebut mudah berubah bentuk sesuai dengan media yang ditempatinya. Efek free surface akan dirasakan terutama pada saat kapal melakukan gerakan rolling. Semakin kecil efek free surface yang timbul saat kapal melakukan gerakan rolling maka peluang kapal untuk menjadi terbalik semakin kecil. Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi besar kecilnya efek permukaan bebas antara lain adalah ketinggian muatan cair dalam tangki, sudut oleng dan periode rolling kapal. Selain itu, Lewis (1988) menyebutkan bahwa dua cairan yang berbeda juga dapat mempengaruhi efek free surface yang terjadi. Praktik yang biasa dilakukan dalam mengevaluasi efek permukaan bebas dalam tangki kapal adalah dengan mengasumsikan penempatan yang paling buruk dari suatu benda cair yang mungkin terjadi.
Apabila tangki dalam keadaan
kosong atau penuh maka tidak ada efek yang terjadi. Efek maksimum akan terjadi apabila tangki dalam keadaan setengah penuh (Lewis 1988). Selanjutnya, Hind (1982) menambahkan bahwa tidak ada perpindahan cairan yang terjadi apabila tangki dalam keadaan penuh sehingga hal tersebut dapat dianggap memiliki pengaruh yang sama seperti pada muatan padat dimana pusat gravitasi juga merupakan pusat volume benda. Oleh karena itu, untuk mencegah terjadinya oleng, salah satunya dapat dilakukan dengan cara sebisa mugkin mengurangi permukaan cairan bebas yang ada.
(a) Tangki pada umumnya
(b) Tangki yag disekat pada bagian tengah dan muatan berbeda ketinggian
Sumber : Hind (1982)
Gambar 2 Pergerakan air dalam tangki di permukaan air
6
Ketika sebuah kapal memiliki tangki yang penuh didalamnya, maka isi tangki tidak akan bergeser.
Pusat gravitasi tangki tidak berubah, sehingga tidak
mempengaruhi stabilitas kapal. Ketika sebuah kapal memiliki tangki yang terisi sebagian, isi akan bergeser mengikuti gerakan kapal. Efek free surface ini yang menjadikan kapal mudah terbalik. Pusat gravitasi akan bergerak ke samping, membuat kapal kurang stabil. Dengan demikian, untuk menghindari efek free surface ini perlu adanya pengurangan jumlah tangki yang hanya terisi sebagian atau memaksimalkan muatan dalam tangki. Selain itu, membagi tangki menjadi dua bagian yang sama dengan menggunakan pembatas dapat sangat mengurangi efek free surface tersebut.
(1) kapal bermuatan tangki penuh
(3) Kapal bermuatan tangki bersekat yang terisi sebagian
(2) Kapal bermuatan tangki terisi sebagian
(4) kapal yang menggunakan tangki bersekat
Sumber : http://www.tc.gc.ca/eng/marinesafety/tp-tp10038-27-stab-free-surface-effect-323.htm
Gambar 3 Efek free surface terhadap stabilitas kapal
7
2.3 Rolling Period Pergerakan kapal erat hubungannya dengan kenyamanan.
Hind (1982)
menyebutkan bahwa gerakan kapal yang terjadi di permukaan gelombang adalah rolling, pitching, yawing, heaving, surging dan swaying. Selanjutnya, Novita (2011) menambahkan bahwa keenam gerakan tersebut dapat terjadi dalam waktu yang bersamaan, namun gerakan rolling dan pitching merupakan gerakan yang mendominasi. Rolling merupakan gerakan anguler kapal yang memutar ke kiri dan ke kanan terhadap sumber longitudinal kapal sepanjang sumbu x (Bhattacharyya, 1978). Dalam pergerakannya, kapal memerlukan waktu untuk kembali ke posisi semula yang disebut dengan periode. Marjoni (2009) menjelaskan bahwa periode oleng (rolling period) adalah sejumlah waktu yang dibutuhkan kapal untuk kembali tegak setelah kapal menjadi miring. Nilai periode oleng sangat tergantung dari tinggi metacenter (GM) dan radius girasi dari kapal tersebut.
Hind (1982)
menyatakan bahwa nilai GM berbanding terbalik dengan nilai periode oleng pada lebar kapal yang tetap. Marjoni (2009) menjelaskan bahwa nilai periode oleng yang kecil mengakibatkan keolengan kapal semakin cepat sehingga tegangan menjadi besar dan olengan menjadi kaku (stiff) dan menyentak. Keolengan kapal yang cepat dapat diperlambat dengan memperkecil tinggi metacenter (GM). Hal ini dapat dilakukan dengan pengaturan distribusi muatan yang baik di atas kapal. Pengaturan muatan yang baik merupakan hal penting yang mempengaruhi stabilitas dan kenyamanan kerja di atas kapal.
