ANALISA HAMBATAN DAN SEAKEEPING PADA FAST RESCUE BOAT

1 ANALISA HAMBATAN DAN SEAKEEPING PADA FAST RESCUE BOAT Roynando Napitupulu1), I Ketut Aria Pria Utama 2) , Murdijanto3) 1)

Mahasiswa S1 Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS 2) 3) Dosen Jurusan Teknik Perkapalan FTK ITS

ABSTRAK Perhitungan dan analisa dari hambatan dan seakeeping yang dilakukan secara numerik memungkinkan untuk menganalisis perilaku kapal dilaut. Hasil perhitungan tersebut dapat menjadi acuan dalam perancangan dan pengoperasian kapal di laut. Pada penelitian ini dilakukan analisa mengenai perhitungan hambatan total dan seakeeping pada kapal jenis fast rescue boat. Perhitungan hambatan kapal dapat dilakukan dengan metode Savitsky dengan 3 fase yaitu fase displasemen, fase pre-planing dan fase planing dan perhitungan seakeeping kapal dapat dilakukan dengan memvariasikan kecepatan kapal (15 knot, 20 knot, 25 knot, 30 knot), variasi sudut hadap kapal (0 derajat, 45 derajat, 90 derajat, 135 derajat, 180 derajat), serta 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). Dari hasil perhitungan hambatan yang dilakukan maka akan didapatkan hubungan antara Froude number kapal dengan Lwl, WSA kapal dan hambatan total kapal, sedangkan hasil dari perhitungan seakeeping akan didapatkan respons kapal terhadap gelombang serta dapat ditentukan karakteristik dari masing-masing gerakan (heaving, pitching, rolling). 1. PENDAHULUAN Wilayah Indonesia merupakan wilayah kepulauan yaitu mempunyai 17.508 pulau dan mempunyai luas perairan dan panjang garis pantai Indonesia sebag ai berikut: Tabel 1.1 Luas perairan dan panjang garis pantai Indonesia. Wilayah Indonesia Luas (water area) (area) 1 Luas Laut Indonesia 5.8 juta km2 a. a. Luas Perairan Kepulauan / 2.3 juta km2 Laut Nusantara b. LuasPerairan Teritorial 0.8 juta km2 c. Luas Perairan ZEE 2.7 juta km2 2 Panjang Garis Pantai 81.290 km Indonesia Sumber : Dishidros TNI AL, 1987 Oleh sebab itu kebutuhan akan sarana transportasi laut sebagai penghubung antar pulau sangat tinggi. Sarana transportasi laut yang dimaksud adalah kapal. Kapal menjadi pertimbangan utama masyarakat karena merupakan sarana transportasi yang ekonomis. Secara prinsip kapal dibangun dengan tujuan mengangkut manusia dan barang untuk mengerjakan suatu operasi di tengah laut. Agar memenuhi tujuan tersebut suatu kapal harus memenuhi beberapa karakteristik dasar yaitu mengapung dalam posisi tegak lurus, bergerak dengan kecepatan sesuai dengan rancangan awal, cukup kuat untuk menahan beban yang dialami akibat cuaca yang buruk, dan mampu berjalan pada suatu lintasan lurus serta manoeuver di laut lepas seperti halnya dalam perairan terbatas. Salah satu aplikasi hidrodinamika yang berpangkal dari interaksi antara fluida dan benda padat adalah masalah hambatan dan seakeeping. Kondisi laut yang tidak ramah pada saat-saat tertentu dapat mengakibatkan kapal tidak melakukan aktivitas berlayarnya. Hal tersebut merupakan tantangan bagi seorang ahli perkapalan untuk merancang kapal yang mempunyai tingkah laku dinamis yang baik dalam kondisi laut yang tidak bersahabat. Permasalahan ini adalah salah satu contoh yang mungkin bisa diselesaikan dengan pendekatan seakeeping. Di dalam kapal maupun bangunan laut harus dilengkapi suatu alat penyelamat yaitu lifeboat (sekoci penolong). Lifeboat

merupakan suatu jenis kapal penyelamat yang mempunyai peranan sangat penting di kapal. Sekoci atau perahu penyelamat adalah perahu tegar (rigid) atau mengembang (inflatable) yang dirancang untuk menyelamatkan nyawa manusia jika terjadi masalah di laut. Tipe life boat yang dianalisis dalam penelitian ini adalah tipe FRB (Fast Rescue Boat) yaitu kapal penolong cepat. FRB ini akan dioperasikan di sekitar Laut Natuna. FRB ini masih tergolong baru barangnya, keadaan cuaca dan perairan sangat mempengaruhi pengoperasiannya, dimana kondisi cuaca dan perairan di Laut Natuna belum tentu sama dengan kondisi cuaca dan perairan sewaktu life boat dibuat ditempat pembuatannya. Analisis yang akan dilakukan adalah analisis hambatan dan seakeeping (olah gerak) pada FRB dengan hitungan manual dengan excel dan dengan software Maxsurf. Berdasarkan permasalahan di atas maka tujuan perancang yaitu menganalisis hambatan dan menganalisis suatu bentuk FRB pada berbagai kondisi gelombang dan variasi kecepatan dengan hambatan kecil atau sekecil mungkin yang menjadi tujuan perancang kapal, sebab akan berarti pemakaian tenaga kuda akan menjadi hemat dengan akibat penghematan bahan bakar, berat mesin penggerak lebih ringan sehingga menambah daya muat kapal tersebut dan analisis seakeeping bertujuan untuk menganalisis berkurangnya respon gerakan FRB terhadap gelombang baik untuk gerak heaving, pitching dan rolling. 2. TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI Didalam gerakan kapal-kapal cepat (Thiel, 1986), hal yang perlu diperhatikan pada gerakan kapal jenis fast rescue boat yaitu ketika kapal mulai mengalami kenaikan/mulai adanya gaya angkat (pre-planing) dan mengalami gaya angkat maksimum pada saat mengalami kecepatan maksimum. Ketika kapal ini berlayar di laut, gerakan-gerakan kapal (heaving, pitching dan rolling) dan lain-lainnya akan timbul karena adanya gelombang serta gelombang itu sendiri akan menimbulkan hambatan maupun gaya-gaya yang bekerja pada kapal (Rameswar Bhattacharyya, 1978). Desain lambung kapal sangat dipengaruhi oleh kondisi laut, kecepatan, dan radius pelayaran yang ditempuh.

2 2.2.1. Filosofi desain fast rescue boat

2.2.3. Spectrum gelombang

a. Fase displasemen (0,0 < Fn < 0,6) Kapal-kapal komersial besar hampir selalu berlayar pada fase ini, dimana berat kapal seluruhnya disangga oleh gaya angkat (buoyancy).

Statistik 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).

b. Fase pre-planing (0,6 1,2) Fase planning dapat ditandai dengan kondisi dimana hampir seluruh berat kapal disangga oleh gaya angkat hidrodinamik, dan hanya sebagian kecil berat kapal yang bertumpu pada gaya hidrostatik yang juga kecil. 2.2.2. Perhitungan hambatan kapal RT yaitu hambatan total pada kapal ……………………............................. (2.1) ΔCf = adalah tambahan koefisien gesekan karena kekasaran permukaan,ΔCf = 0,0004. (sudut trim pangkal 1.1)...............................................(2.2) Df yaitu komponen hambatan gesekan dari total hambatan 2.2.3 Gelombang Laut Tabel 2.1 Data sea state (Bhattacharyya, 1978) Sea state Wind velocity (knot) Wave height (ft) Average period (sec) Average wave length (ft) Minimum fetch (nautical miles) Minimum duration (hr)

1

2

3

4

5

6

8.5

13.5

16

19

24

26

0.8

2.1

2.9

4.1

6.6

7.7

2.3

3.6

4.3

5.1

6.4

7

20

52

71

99

160

188

9.8

24

40

65

130

180

1.7

4.8

6.6

9.2

14

17

Selain data sea state dari (Bhattacharyya, 1978) pada tahun 1970, the World Meteorological Organisation (WMO) menyetujui kode standart sea state. Sea State Code 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabel 2.2 Data sea state WMO Significant Wave Height (m) Description Range Mean 0 0 Calm (glassy) 0.0 – 0.1 0.05 Calm (rippled) 0.1– 0.5 0.3 Smooth(wavelets) 0.5 – 1.25 0.875 Slight 1.25 – 2.5 1.875 Moderate 2.5 – 4.0 3.25 Rough 4.0 – 6.0 5.0 Very Rough 6.0 – 9.0 7.5 High 9.0 – 14.0 11.5 Very high Over 14.0 Over 14.0 Phenomenal

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 :

Sω

α g 2ω

5

exp

1,25

ω ω0

4

EXP

γ

ω ω0 2

2τ ω 0

2

2

dengan: S(ω) = spektrum gelombang = parameter puncak (peakedness parameter), bervariasi antara 1,0 s.d. 7,0. = parameter bentuk (shape parameter) Untuk ≤ = 0,07 dan = 0,09. = 0,0076 (X0)-0,22, untuk X0 tidak diketahui = 0,0081 2.2.4. Gerakan kapal 2.2.4.1. Gerakan Heaving Persamaan umum kapal pada kondisi heaving …………………...........…. (2.3) Inertial Force Damping Force Restoring Force Exiciting Force 2.2.4.2 Gerakan Pitching Persamaan umum kapal pada kondisi pitching ……………….…....…….(2.4) Inertial Moment Damping moment e Restoring moment Exciting moment 2.2.4.2 Gerakan Rolling Persamaan umum kapal pada kondisi rolling ………………...….(2.5) Inertial Moment Damping moment a

3 Restoring moment Exciting moment

4.2 Pemodelan faset rescue boat pada software Maxsurf Pro

3 METODOLOGI

Maxsurf Pro adalah program yang digunakan oleh Naval Architect dan Marine Engineer untuk membuat model (lines plan) dalam bentuk 3D.

3.1 Studi literatur Studi literatur yang dilakukan adalah yang berkaitan dengan pemahaman teori dan konsep dari perhitungan hambatan dan olah gerak kapal cepat. 3.2 Pengumpulan data Pengumpulan data yang menyangkut objek dari tugas akhir ini dilakukan dengan cara melakukan observasi langsung ke lapangan yaitu di Laut Natuna tepatnya di Kepulauan Riau. Rencana garis (lines plan) dari kapal didapatkan dengan cara melakukan pengukuran langsung ke kapal. Pemodelan fast rescue boat hasil survey Offset hasil survey tersebut digunakan untuk membuat lines plan (rencana garis) kapal dengan bantuan software AutoCad. Perhitungan hambatan kapal dilakukan dengan menggunakan bantuan software Maxsurf Hullspeed sedangkan perhitungan olah gerak kapal dilakukan dengan bantuan software Maxsurf Seakeepers. 3.3 Perhitungan hambatan dan power model pada Maxsurf Hullspeed Ada beberapa metode tahanan yang digunakan untuk pengujian antara lain: Savitsky pre-planing, Savitsky planing, Latiharju, Holtrop, Van Oortmerssent, Series 60, dan Delft,I,II,III. Untuk analisa hambatan fast rescue boat digunakan metode Savitsky pre-planing dan Savitsky planing, sesuai dengan karakteristik dari kapal. Hasil dari perhitungan dengan Hullspeed ini nanti dibandingkan dengan hasil perhitungan hambatan manual yang menggunakan excel. 3.4 Perhitungan Seakeepers

olah

gerak

model

pada

Maxsurf

Tahap selanjutnya adalah mencari RAO (Response Amplitude Operators) dan respons spektrum kapal serta menentukan karakteristik kapal akibat gelombang yang merupakan nilai dari karakteristik kapal terhadap gelombang dari kondisi model yang telah jadi di program Maxsurf. Hasil dari perhitungan dengan Seakeepers ini nanti dibandingkan dengan hasil perhitungan seakeeping secara manual. 3.5 Kesimpulan Dari analisa hambatan dan olah gerak kapal maka dapat diketahui hambatan total kapal dan spektra respons kapal serta karakteristik kapal dilaut. 4 PEMODELAN DAN DATA PERHITUNGAN 4.1 Pembuatan lines plan model kapal Kapal jenis fast rescue boat ini berada di offshore Hang Tuah tepatnya di Laut Natuna di Kepulauan Riau. Kapal ini tidak mempunyai lines plan (rencana garis), maka untuk membuat lines plannya dilakukan pengukuran langsung kelapangan.

4.3 Perhitungan hambatan kapal dengan Software Maxsurf Hullspeed. Hullspeed adalah program yang digunakan untuk menghitung besarnya hambatan model kapal serta menganalisa bentuk gelombang yang terjadi. Hasilnya akan ditampilkan dalam bentuk angka dan grafik. 4.3 Perhitungan Seakeeping kapal secara manual dengan menggunakan excel. 1) Memilih wave spectrum (spektrum gelombang) yang sesuai dengan operasional kapal S ( ). ke 2) Mentranformasikan wave spectrum S ( ) encountering wave spectrum S ( e) dimana encountering frequency ( e) digunakan menggantikan wave frequency ( ). 3) Memplot ordinat yang menyatakan amplitudo dari gerakan (heaving, pitching, rolling) yang merupakan fungsi dari encountering frequency. Nilainya bisa didapatkan dari theoritical atau eksperimen. 4) Mentransformasikan diagram amplitudo dari gerakan ke dalam RAO (Respons Amplitude Operator) yang merupakan fungsi encountering frequency. 5) Motion amplitude spectrum ditentukan dengan mengalikan ordinat pada grafik RAO dengan ordinat grafik encountering wave spectrum untuk encountering frequency yang sama. 6) 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 (θ1/3, θ1/10, θ1/100) c) rolling ( 1/3, 1/10, 1/100). 4.4 Perhitungan Seakeeping Maxsurf Seakeepers.

kapal

dengan

software

Seakeepers adalah program yang digunakan untuk menghitung besarnya seakeeping model kapal serta menganalisa bentuk gelombang yang terjadi. 5 HASIL DAN ANALISA PEMBAHASAN 5.1 Analisa hambatan kapal fase displacemen murni mempunyai Fn dari 0 - 0.6, fase preplaning mempunyai harga Fn dari 0.6 – 1.2, sedangkan untuk fase planing mempunyai harga Fn >1.2.

4 5.1.1 Hubungan antara Froude number (Fn) kapal dengan sudut trim ( ) kapal

Gambar 5.1 Grafik kecepatan kapal dengan sudut trim kapal. Pada grafik diatas terlihat bahwa adanya hubungan yang berbanding lurus antara kecepatan kapal dengan sudut trim kapal, semakin besar kecepatan kapal maka sudut trim kapal juga semakin besar. Berdasarkan aturan Froude number untuk pembagian fase kapal, maka pada fase displacemen murni yaitu mulai dari kecepatan 0 knot sampai dengan 9 knot, kapal mempunyai sudut trim 0 derajat sampai 2 derajat sedangkan pada fase pre-planing mulai kecepatan 10 knot sampai dengan 18 knot, kapal mempunyai sudut trim 2.43 derajat sampai 3 derajat. Pada fase pre-planing ini, haluan kapal terus naik karena adanya gaya angkat dan fase planing mulai kecepatan 19 knot sampai 30 knot, kapal mempunyai sudut trim 3 derajat sampai dengan 3.56 derajat. Pada fase planing ini, hampir seluruh berat kapal disangga oleh gaya angkat.

5.1.3 Perbandingan perhitungan dengan software Hullspeed

hambatan

manual

Gambar 5.3 Perbandingan perhitungan hambatan manual dengan Hullspeed. 5.1.4 Hubungan antara Froude number (Fn) dengan Lwl kapal

Gambar 5.4 Grafik hubungan antara Fn dengan Lwl kapal 5.1.2 Hubungan antara Froude number (Fn) kapal dengan total resistance (RT)

Dari gambar 5.4 diatas dapat dilihat bahwa semakin meningkat Froude number kapal, maka Lwl (Length water line) kapal semakin menurun. Hal ini disebabkan karena Froude number kapal berbanding terbalik dengan Lwl kapal. 5.1.5 Hubungan antara Froude number (Fn) dengan WSA kapal

Gambar 5.2 Grafik hubungan antara Froude number dengan hambatan total Dari gambar 5.2 diatas dapat dilihat bahwa pada saat fase displasemen murni hambatan total kapal yaitu antara 0.0 kN sampai dengan 0.237 kN, fase pre-planing hambatan totalnya dari 0.237 kN sampai dengan 0.779 kN dan pada fase planing hambatan totalnya dari 0.779 kN sampai dengan 2.716 kN. Dari grafik jelas terlihat bahwa semakin meningkat Froude number kapal maka hambatan total kapal semakin besar juga. Harga hambatan total paling besar terjadi pada sudut Froude number 2.881 yaitu 2.716 kN.

Gambar 5.5 Hubungan antara Fn dengan WSA kapal Dari gambar 5.5 diatas dapat dilihat bahwa semakin meningkat kecepatan kapal, maka WSA (Wetted Surface Area) atau luasan permukaan basah kapal semakin kecil. Perubahan harga luasan permukaan basah (Wetted Surface Area) pada kapal terjadi akibat adanya gaya angkat pada kapal yang terjadi dalam setiap kecepatan.

5 5.2 Analisa Seakeeping (olah gerak) kapal 5.2.1 Data kondisi lingkungan dan penentuan sea state kapal Kapal ini didesain untuk tinggi gelombang 3 meter, maka berdasarkan World Meteorological Organisation atau teori Bhattacharyya (1978) maka kapal ini termasuk kedalam sea state 5, karena mean significant wave 3 meter berada pada sea state 5.

0.8

Sζ(ω ω)

0.6

0.4

6

0 deg 45 deg

4

90 deg 2

135 deg 180 deg

0 0

5

10

15

20

ωe (rad/sec) Gambar 5.7 Grafik respons heave untuk Vs = 15 knot

8 Respons (ft^2-sec)

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. Oleh sebab itu karena daerah perairan untuk tempat berlayar kapal ini adalah perairan tertutup yaitu di daerah kepulauan Riau tepatnya di Pulau Natuna, maka spectrum JONSWAP sangat tepat digunakan.

Respons (ft^2 - sec)

8

0.2

6

0 deg

4

45 deg 90 deg

2

135 deg 180 deg

0 0

0.0 0.0

1.0

2.0 3.0 ωω (rad/sec)

4.0

5.0

Gambar 5.6 Spektrum gelombang JONSWAP γ = 3.3

5

10

15

20


5.2.2 Analisa seakeeping (olah gerak) kapal

5.2.3 Analisa respons heaving kapal maksimum untuk frekuensi gelombang ( = 3.19 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual. Tabel 5.1 Significant heave untuk μ (deg) 0 45 90 135 180

= 3.19 rad/sec

Z 1/3 (ft) 15 knot 1.80 2.20 2.80 3.10 2.90

20 knot

25 knot

30 knot

1.38 2.37 2.75 3.22 3.12

3.10 3.18 3.24 3.42 2.77

3.37 3.20 2.22 4.08 3.66


Analisa 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.

6

0 deg

4

45 deg

2

135 deg

90 deg 180 deg

0 0

5

10

15

20


6 8

6

0 deg 45 deg

4

90 deg 135 deg

2

180 deg

Respons (ft^2 - sec)

Respons (ft^2- sec)

8

0

0 deg

4

45 deg

2

135 deg

90 deg 180 deg

0 5

10 15 20 ωe (rad/sec) Gambar 5.10 Grafik respons heave untuk Vs = 30 knot Dari keempat kondisi respons heaving pada masing-masing kecepatan yaitu pada kecepatan kapal 15 knot, 20 knot, 25 knot dan 30 knot menunjukkan respons heaving terbesar terjadi saat kapal mengalami bow seas (sudut hadap 135 derajat) dan frekuensi encounter pada setiap kecepatan berbeda-beda. Harga respons untuk masing-masing kecepatan tidak signifikan perbandingannya dan harga respons heaving kapal minimum berada pada kecepatan 30 knot yaitu 5.19 ft2/sec dan harga respons kapal maksimum berada pada kecepatan 15 knot yaitu 7.00 ft2/sec.

0

10 15 20 ωe (rad/sec) Gambar 5.12 Grafik respons heave untuk Vs = 20 knot

5.2.4 Analisa respons heaving kapal maksimum untuk frekuensi gelombang ( = 4.51 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual.

μ (deg)

15 knot 1.62 2.02 2.71 2.94 2.78

0 45 90 135 180

= 4.51 rad/sec

Z 1/3 (ft) 20 knot 25 knot

1.27 1.59 2.47 3.18 3.10

2.83 2.85 3.02 3.37 2.49

30 knot 2.71 3.15 2.19 3.91 3.61

8 6

0 deg 45 deg

4

90 deg 135 deg

2

180 deg

0 0

5

10 15 ωe (rad/sec)

20

Gambar 5.11 Grafik respons heave untuk Vs = 15 knot

6

0 deg 45 deg

4

90 deg 135 deg

2

180 deg

0 0

5

10 15 ωe (rad/sec)

20

Gambar 5.13 Grafik respons heave untuk Vs = 25 knot


Tabel 5.2 Significant heave untuk

5

8

Respons (ft^2-sec)

0

Respons (ft^2-sec)

6

6

0 deg 45 deg

4

90 deg 135 deg

2

180 deg

0 0

5

10 15 ωe (rad/sec)

20

Gambar 5.14 Grafik respons heave untuk Vs = 30 knot Dari keempat kondisi heaving pada masing-masing kecepatan yaitu pada kecepatan 15 knot, 20 knot, 25 knot, dan 30 knot menunjukkan respons heaving kapal terbesar terjadi saat kapal mengalami bow seas (sudut hadap sebesar 135 derajat) dan frekuensi encounter pada setiap kecepatan juga berbeda-beda.

7 Perbandingan respons heave kapal hasil running program Maxsurf Seakeepers dengan hasil perhitungan manual.

Tabel 5.3 Perbandingan respons heave kapal hasil running program Maxsurf Seakeepers dengan hasil perhitungan manual dengan excel untuk Vs = 25 knot. e (rad/sec)

μ (deg)

15.6 6.2 3.2 12.6 16.5

8

6 4 2 0 0

5

10 15 20 ωe (rad/sec) 135 deg (manual) 135 deg (maxsurf)

Gambar 5.18 Grafik perbandingan respons heave antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 25 knot, μ = 135 deg .

6

8

4

Respons (ft^2-sec)

Respons (ft^2- sec)

0 45 90 135 180

Respons (ft^2 - sec) manual maxsurf selisih (%) 5.01 5.05 0.80 5.40 5.43 0.56 4.01 4.04 0.75 7.05 7.08 0.43 4.78 4.80 0.42


5.2.5

6

2

4

0 0

5


2 0


0

5

10 ωe (rad/sec)

Respons (ft^2-sec)

180 deg (manual)

20

180 deg (maxsurf)


8 6 4 2 0 0

5


Gambar 5.16 Grafik perbandingan respons heave antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 25 knot, μ = 45 deg

Respons (ft^2-sec)

15

Dari perbandingan diatas dapat dilihat persentasi perbandingan respons heave antara hasil running seakeepers dengan hasil perhitungan manual. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi selisih antara kedua analisa tersebut, diantaranya ketidaksempurnaan pemodelan yang dilakukan pada saat membuat model di MaxsurfPro, 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. 5.2.6 Analisa respons pitching kapal maksimum untuk frekuensi gelombang ( = 3.19 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual.

8 6

Tabel 5.4 Significant pitch untuk

4

μ (deg)

2 0 0

5



0 45 90 135 180

15 knot 1.92 2.12 2.29 2.90 3.05

= 3.19 rad/sec

θ 1/3 (deg) 20 knot 25 knot

1.38 1.70 1.86 2.94 3.15

1.77 2.19 2.57 2.76 3.35

30 knot

3.00 3.06 3.12 3.69 3.91

8

6 5

0 deg

4

45 deg

3

90 deg

2 1

135 deg

0

180 deg 0

10 15 20 ωe (rad/sec) Gambar 5.20 Grafik respons pitch Vs = 15 knot

5

5.2.7 Analisa respons pitching kapal maksimum untuk frekuensi gelombang ( = 4.51 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual. Tabel 5.5 Significant pitch untuk

6 5

μ (deg)

15 knot 1.75 2.03 2.19 2.75 2.98

0 deg

4

90 deg

2 1

135 deg

0

180 deg 0

5


20 knot

25 knot

30 knot

1.35 1.59 1.72 2.89 3.08

1.71 2.00 2.39 2.63 3.23

2.95 2.96 3.01 3.63 3.87

7

45 deg

3

= 4.51 rad/sec

θ 1/3 (deg)

0 45 90 135 180

7 Respons (deg^2-sec)

Dari keempat kondisi respon pitching pada masing-masing kecepatan yaitu pada kecepatan 15 knot, 20 knot, 25 knot, dan 30 knot menunjukkan respons pitching kapal terbesar terjadi saat kapal mengalami head seas (sudut hadap sebesar 180 derajat) dan frekuensi encounter pada setiap kecepatan juga berbeda-beda.


Respons (deg^2-sec)

7

5

0 deg 45 deg 90 deg 135 deg 180 deg

4 3 2 1 0 0


6 5

0 deg

4

90 deg

2

135 deg

1

180 deg

0 0

5


5

7

45 deg

3

Respons (deg^2-sec)

Respons (deg^2-sec)

7

6 5 0 deg

4

45 deg

3

90 deg

2

135 deg

1

180 deg

0 0


Respons (deg^2-sec)

7 6 5

0 deg 45 deg 90 deg 135 deg 180 deg

4 3 2 1 0 0

5


5

7

7

6

6

5

0 deg

4

45 deg

3

90 deg

2

135 deg

1

180 deg

Respons (deg^2-sec)

Respons (deg^2-sec)

9

5 4 3 2 1 0 0

0 0

5

10

15

10

15

20

ωe (rad/sec) 0 deg (manual) 0 deg (maxsurf)

20

ωe (rad/sec) Gambar 5.26 Grafik respons pitch Vs = 25 knot

5

Gambar 5.28 Grafik perbandingan respons pitch antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 25 knot, μ= 0 deg

7

Respons (deg^2-sec)

6 5 0 deg

4

45 deg

3

90 deg

2

135 deg

1

180 deg

0 5

10 15 20 ωe (rad/sec) Gambar 5.27 Grafik respons pitch Vs = 30 knot Dari keempat kondisi pitching pada masing-masing kecepatan yaitu pada kecepatan kapal 15 knot, 20 knot, 25 knot dan 30 knot respons pitching terbesar terjadi saat kapal mengalami head seas (sudut hadap sebesar 180 derajat). Dari analisa diatas dapat disimpulkan bahwa repons pitching maksimum kapal untuk frekuensi gelombang 4.51 rad/sec terjadi pada sudut hadap 180 derajat (head seas). 5.2.8 Perbandingan analisa respons pitching kapal hasil running program Maxsurf Seakeepers dengan hasil perhitungan manual. Tabel 5.6 Perbandingan respons pitch kapal hasil running program Maxsurf Seakeepers dengan hasil perhitungan manual untuk Vs = 25 knot. μ (deg) 0 45 90 135 180

e (rad/sec)

0.4 0.4 3.2 10.7 13.8

Respons (deg^2 - sec) manual maxsurf selisih (%) 1.940 1.960 1.031 1.900 1.910 0.526 1.760 1.780 1.136 4.750 4.760 0.211 5.320 5.340 0.376


Respons (deg^2-sec)

0

7 6 5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

ωe (rad/sec) 90 deg (manual) 90 deg (maxsurf) Gambar 5.30 Grafik perbandingan respons pitch antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 25 knot, μ= 90 deg

20

7 6 5 4 3 2 1 0

Respons (deg^2-sec)

Respons (deg^2-sec)

10

0

5

10

15

8

90 deg

4

135 deg 180 deg 0

5

10

15

20

ωe (rad/sec) Gambar 5.33 Grafik respons roll Vs = 15 knot


7 6 5 4 3 2

16 0 deg

12

45 deg

8

90 deg 135 deg

4

1

180 deg

0

0 0

5

10

15

0

20


5.2.9 Analisa respons rolling kapal maksimum untuk frekuensi gelombang ( = 3.19 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual. Tabel 5.7 Significant roll untuk

= 3.19 rad/sec

1/3 (deg) 15 knot 2.56 2.87 3.12 3.05 2.90

20 knot

25 knot

30 knot

2.60 2.96 3.80 3.25 2.92

3.33 3.57 4.19 3.57 3.35

3.93 4.34 4.65 4.05 3.85

10

15

20


Berdasarkan perhitungan manual dan maxsurf seakeepers didapatkan bahwa respons pitch maksimum terjadi pada sudut hadap 180 derajat (head seas).

5



0 45 90 135 180

45 deg

0


μ (deg)

0 deg

12

20

ωe (rad/sec) 135 deg (manual) 135 deg (manual)

Respons (deg^2-sec)

16

16 0 deg

12

45 deg

8

90 deg

4

135 deg 180 deg

0 0

5

10

15

20


11 20

16 0 deg

12

45 deg

8

90 deg 135 deg

4

180 deg

Respons (deg^2-sec)

Respons (deg^2-sec)

20

0

16

10 15 20 ωe (rad/sec) Gambar 5.36 Grafik respons roll Vs = 30 knot

5

8

90 deg 135 deg

4

180 deg

5.2.10 Analisa respons rolling kapal maksimum untuk frekuensi gelombang ( = 4.51 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual. Tabel 5.8 Significant roll untuk

0

10 15 20 ωe (rad/sec) Gambar 5.38 Grafik respons roll Vs = 20 knot

16

20 knot

2.52 3.60 3.71 3.12 3.01

45 deg

8

90 deg

4

135 deg 180 deg

0

= 4.51 rad/sec 25 knot 3.15 3.37 3.58 3.33 3.23

0 deg

12

0

1/3 (deg) 15 knot 2.39 2.69 3.02 2.93 2.51

5


Dari keempat kondisi respon rolling pada masing-masing kecepatan yaitu pada kecepatan 15 knot, 20 knot, 25 knot, dan 30 knot menunjukkan respons rolling kapal terbesar terjadi saat kapal mengalami beam seas (sudut hadap sebesar 90 derajat) dan frekuensi encounter pada setiap kecepatan juga berbeda-beda.

0 45 90 135 180

45 deg

0 0

μ (deg)

0 deg

12

30 knot 3.88 4.25 4.55 4.05 3.71

5

10

15

20


Respons (deg^2-sec)

20 16 0 deg

12

45 deg

8

90 deg 135 deg

4

180 deg

0 0

5 10 15 20 ωe (rad/sec) Gambar 5.37 Grafik respons roll Vs = 15 knot

Respons (deg^2-sec)

20 16

0 deg

12

45 deg

8

90 deg

4

135 deg 180 deg

0 0

5

10

15

20

ωe (rad/sec) Gambar 5.40 Grafik respons roll Vs = 30 knot Dari keempat kondisi rolling pada masing-masing kecepatan yaitu pada kecepatan kapal 15 knot, 20 knot, 25 knot dan 30 knot respons rolling terbesar terjadi saat kapal mengalami beam seas (sudut hadap sebesar 90 derajat). Dari analisa diatas dapat disimpulkan bahwa repons rolling maksimum kapal untuk frekuensi gelombang 4.51 rad/sec terjadi pada sudut hadap 90 derajat (beam seas).

12

Tabel 5.9 Perbandingan respons rolling kapal hasil running program Maxsurf Seakeepers dengan hasil perhitungan manual excel untuk Vs = 25 knot. e (rad/sec)

μ (deg)

10.1 6.2 3.2 12.6 16.5

15 10 5 0 0

15

20

16 20

12 8 4 0 5

10

15

20


15 10

Gambar 5.41 Grafik perbandingan respons roll antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 25 knot, μ = 0 deg

Respons (deg^2-sec)

10

Gambar 5.44 Grafik perbandingan respons roll antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 25 knot, μ = 135 deg .

20

0

5 0 0

5

10

15

20


20


15 10 5 0 0

5


Gambar 5.42 Grafik perbandingan respons roll antara manual dengan maxsurf untuk Vs = 25 knot, μ = 45 deg .

Respons(deg^2-sec)

5


Respons (deg^2-sec)

Respons (deg^2-sec)

0 45 90 135 180

Respons (deg^2 - sec) manual maxsurf selisih (%) 7.980 7.990 0.125 7.950 7.960 0.126 10.935 10.940 0.046 7.942 7.950 0.101 8.050 8.100 0.621


5.3.11 Perbandingan analisa respons rolling kapal hasil running program Maxsurf Seakeepers dengan hasil perhitungan manual.

Pada tabel 5.9 diatas dapat dilihat bahwa selisih respon rolling antara perhitungan manual dengan perhitungan software Maxsurf Seakeeper terbesar pada sudut arah datang gelombang 180 derajat yaitu 0.621%, dan berdasarkan perhitungan manual dan Maxsurf Seakeepers didapatkan bahwa respons roll terbesar terjadi pada sudut 90 derajat. 5.3.12 Hubungan antara kecepatan kapal dengan respons spectrum Tabel 5.10 Hubungan antara kecepatan kapal dengan respons spectrum

V (knot)

20

15 20 25 30

15 10 5 0 0

5



Respons Spectrum Heave (ft^2-sec) Pitch (deg^2-sec) Roll (deg^2-sec) 7.00 6.17 15.05 6.50 6.04 13.20 5.80 5.32 10.94 5.19 4.71 9.02

13 20

Respons

15

heave

10

pitch roll

5

0 10

15

20

25

30

35

V (knot)

Gambar 5.46 Grafik hubungan antara kecepatan dengan respons spectrum Pada tabel 5.10 diatas dapat dilihat hubungan antara kecepatan kapal dengan respons spectrum, semakin cepat kapal maka semakin kecil responnya. Ini disebabkan karena Wetted Surface Area (WSA) atau luasan permukaan basah kapal yang tercelup berpengaruh terhadap respon kapal, semakin cepat kapal maka WSA nya semakin kecil. Maka hal inilah yang mempengaruhi respon kapal, dimana WSA kapal semakin kecil maka repon kapal juga semakin kecil. 6

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan Berdasarkan perhitungan hambatan dan seakeeping pada fast rescue boat yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1) Perubahan yang terjadi saat kapal mengalami fase preplaning dan fase planning adalah perubahan Lwl kapal dan WSA kapal. Semakin meningkat Froude number kapal maka Lwl akan menurun. 2) Terjadi perubahan luasan permukaan basah pada kapal seiring peningkatan besar kecepatan kapal. 3) Hambatan total kapal pada saat fase displasemen murni yaitu antara 0.0 kN sampai dengan 0.237 kN, fase preplaning hambatan totalnya dari 0.237 kN sampai dengan 0.779 kN dan pada fase planing hambatan totalnya dari 0.779 kN sampai dengan 2.716 kN. 4) 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) , 4 variasi kecepatan kapal (15 knot, 20 knot, 25 knot dan 30 knot) dan 5 variasi sudut hadap (0 derajat, 45 derajat, 90 derajat, 135 derajat, 180 derajat), sehingga masing-masing kecepatan didapatkan respon kapal yang berbeda-beda. 5) Respons heaving kapal maksimum untuk frekuensi gelombang 3.19 rad/sec terdapat pada sudut hadap 135 derajat yaitu pada kecepatan 15 knot pada frequency encounter 8.84 rad/s, kecepatan 20 knot pada frequency encounter 10.37 rad/sec, 25 knot pada frequency encounter 12.61 rad/sec dan 30 knot pada frequency encounter 14.5 rad/sec. Respons heaving kapal maksimum untuk frekuensi gelombang 4.51 rad/sec terdapat pada sudut hadap 135 derajat yaitu pada kecepatan 15 knot pada frequency encounter 2.02 rad/s, kecepatan 20 knot pada frequency encounter 10.37 rad/sec, 25 knot pada frequency encounter

12.61 rad/sec dan 30 knot pada frequency encounter 19.6 rad/sec. 6) Respons pitching kapal maksimum untuk frekuensi gelombang 3.19 rad/sec terdapat pada sudut hadap 180 derajat yaitu pada kecepatan 15 knot pada frequency encounter 2.36 rad/s, kecepatan 20 knot pada frequency encounter 13.8 rad/sec, 25 knot pada frequency encounter 16.5 rad/sec dan 30 knot pada frequency encounter 19.18 rad/sec. Respons pitching kapal maksimum untuk frekuensi gelombang 4.51 rad/sec terdapat pada sudut hadap 180 derajat yaitu pada kecepatan 15 knot pada frequency encounter 2.36 rad/s, kecepatan 20 knot pada frequency encounter 16.51 rad/sec, 25 knot pada frequency encounter 13.8 rad/sec dan 30 knot pada frequency encounter 19.18 rad/sec. 7) Respons rolling kapal maksimum untuk frekuensi gelombang 3.19 rad/sec terdapat pada sudut hadap 90 derajat yaitu pada kecepatan 15 knot pada frequency encounter 3.85 rad/s, kecepatan 20 knot pada frequency encounter 3.19 rad/sec, 25 knot pada frequency encounter 3.19 rad/sec dan 30 knot pada frequency encounter 3.9 rad/sec. Respons rolling kapal maksimum untuk frekuensi gelombang 4.51 rad/sec terdapat pada sudut hadap 90 derajat yaitu pada kecepatan 15 knot pada frequency encounter 3.85 rad/s, kecepatan 20 knot pada frequency encounter 3.19 rad/sec, 25 knot pada frequency encounter 3.19 rad/sec dan 30 knot pada frequency encounter 3.2 rad/sec. 6.2 Saran Dalam penelitian ini masih banyak terdapat kekurangan dan kelemahan disebabkan karena keterbatasan dari penulis baik dari segi pengetahuan dan pemahaman, maka hal-hal berikut ini kiranya dapat dijadikan bahan masukan untuk pengembangan lebih lanjut . 1) Selain hambatan dan seakeeping kapal dihitung secara manual dan dengan memakai software Maxsurf, sebaiknya kapal ini diuji juga di towing tank untuk melihat keakurasian dari perhitungan manual dan pemakaian software. 2) Untuk penelitian lebih lanjut lebih baik dilakukan juga analisa stabilitas dari fast rescue boat. 7. DAFTAR PUSTAKA Bhattacharyya, R. (1978). Dynamics Of Marine Vehicles. New York: John Wiley & Sons. Rawson, K. J., & Tupper, E. C. (2001). Basic Ship Theory, Volume II. Oxford: Butterworth-Heinemann, Inc. Chakrabarti, S.K. (1986). Hydrodynamics of offshore structures. New York: Springer – verlag Berlin Heidelberg. DNV, 2005. Guidelines on design and operation of wave energy converters. Norway : DNV Publishing Service. Lloyd, A.R.J.M., (1989). Seakeeping : ship behaviour in rough weather. New York: John Wiley & Sons. Thiel., (1986). Hydodynamics of fast and boats. Savitsky, Daniel, “ Hydrodynamic design of planing hulls”.Marine technology, Volume 1, No.1, October 1964. Savitsky, Daniel and P.W. Brown, “Procedures for hydrodynamic evaluation of planing hulls in smooth and rough water.”Marine technology, Volume 13, No.4, October 1976.

ANALISA HAMBATAN DAN SEAKEEPING PADA FAST RESCUE BOAT

Recommend Documents