JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 1

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

1

ANALISA PENGARUH SEAKEEPING TERHADAP KINERJA DAN KENYAMANAN KAPAL RO-PAX BERBASIS UJI MODEL DI PERAIRAN LAUT JAWA Hendra Rudiyansah’, Aries Sulisetyono’, Baharuddin Ali’*Lab. Hidrodinamika Indonesia-BPPT* Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected] Dalam merancang suatu kapal perlu diperhatikan beberapa aspek, salah satunya aspek penting yang perlu diperhatikan adalah tentang kemampuan olah gerak akibat gelombang air laut pada perairan yang diinginkan. Hal ini berkaitan dengan gerakan kapal yag merupakan respon suatu kapal dari gaya luar yang bekerja pada kapal tersebut. Gerakan yang ditimbulkan karena gaya luar yang bekerja atau gelombang air laut akan mempengaruhi keselamtan dan kenyamanan penumpang atau awak kapal itu sendiri. Oleh karena itu dalam tugak akhir ini bertujuan untuk mendapatkan suatu olah gerak dari kapal Ro-Pax dengan kondisi gelombang pada sea state 5 dengan ketinggian gelombang sebesar 2.5 m. ada berbagai cara untuk memprediksi suatu gerakan kapal, diantaranya ialah perhitungan secara manual, perhitungan dengan cara numeric, serta pengujian pada kolam uji. Dalam penelitian kali ini digunakan perhitungan secar numeric yaitu menggunakan program perhitungan numerik serta pengunjian pada kolam uji di Laboratorium Hidrodinamika Indonesia. Setelah dilakukan pengujian olah gerak pada kolam uji serta perhitungan secara numerik dari kapal RoPax maka akan didapat gerakan dalam 6 degre of freedom (DOF), diantaranya gerakan translasi dan gerakan rotasi. Respon gerak kapal dalam 6 derajat kebebasan dihitung dengan mengalikan RAO dan spektrum gelombang. Selanjutnya dilakukan perbandingan dari kedua perhitungan terhadap batasan gerak kapal menurut NORDFORSK 1987. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa kapal Ro-Pax tidak meiliki karakteristik seakeeping yang baik dan tidak memenuhi kriteria NORDFORSK 1987 pada sudut hadap 90 derajat. Abstrak—

Kata kunci: Seakeeping, Ro-Pax, Response Amplitude Operator (RAO), I. PENDAHULUAN Kapal merupakan sarana tranportasi yang dari waktu ke waktu mengalami peningkatan akan kebutuhannya. Baik itu kapal barang maupun kapal penumpang. Akan tetapi kebutuhan tersebut tidak diimbangi dengan kinerja dan kenyamanan kapal itu sendiri. Karena masih banyak kapal yang mengalami kecelakaan dilaut. Padahal keselamatan dan kenyamanan penumpang atau kru kapal itu sendiri sangatlah penting.

Dalam tugas akhir ini saya akan meniliti tentang kapal ROPAX. Dimana kapal RO-PAX adalah salah satu kapal ferri yang dibangun untuk pengangkutan penumpang, barang dan segala jenis kendaraan. Dengan hal tersebut ketika gerakan kapal dipengarungi oleh gelombang air laut maka akan mengakibatkan olah gerak kapal (seakeeping). Dari olah gerak kapal itu akan mempengaruhi kinerja dan kenyamanan kapal RO-PAX itu sendiri terhadap kenyamanan suatu penumpang. Maka dari itu dalam mendesain kapal terlebih dahulu melakukan beberapa macam pengujian. Salah satunya tentang pengujian seakeeping (olah gerak kapal). Didalam pengujian seakeeping akan mendapatkan enam macam gerakan diantaranya rolling, pitching, heaving dan surging, swaying serta yawing. Dari gerakan-gerakan tersebut Sehingga akan didapatkan beberapa macam komponen antara lain significant respone, standart kinerja dan kenyamanan suatu kapal. Dalam Penelitian ini akan menganalisa tentang gerakan kapal akibat gaya dari luar dengan menggunakan 2 cara, diantaranya yaitu dengan uji model di BPPT laboratorium hidrodinamika Indonesia (LHI), dan yang kedua mengguanakan software perhitungan numerik. Kemudian hasil dari kedua pengujian tersebut dilakukan perbandingan dari gerakan-gerakan yang dihasikan. Selanjutnya dilakuakan perhitugan respon geraknya serta dibandingkan dengan standard NORDFOSK 1987.

II. STUDI LITERATUR A. Tinjauan Umum Kapal Trimaran Kapal merupakan salah satu alat trasportasi paling penting dinegara Indonasia, karena negara ini merupakan negara kepulauan. Kapal selain digunakan untuk mengangkut penumpang dan barang bisa juga digunakan untuk mengangkut kendaraan. Kapal itu salah satunya disebut dengan kapal ferri Ro-Pax. Ro-Pax adalah salah satu jenis kapal ferri Ro-Ro dengan kepanjangan roll on/ roll off. Akan tetapi kapal Ro-Pax mempunyai perbedaan dengan kapal Ro-Ro yaitu dalam hal desain. Kapal Ro-Pax adalah kapal yang mempunyai design lambung dan deck yang berbeda dengan design kapal-kapal yang lainnya. B. Teori Seakeeping Kapal Seakeeping adalah gerakan kapal yang dipengaruhi oleh gaya-gaya luar yang disebabkan oleh kondisi air laut. Secara sederahana, seakeeping suatu kapal diilustrasikan pada gambar 1. Macam-macam Seakeeping kapal antara lain : 1. Surging

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) Surging adalah gerakan translasi sepanjang sumbu X. 2. Rolling Rolling adalah gerakan kapal yang memutari sumbu X. 3. Swaying Swaying adalah gerakan translasi kapal yang terjadi ketika kapal bergerak sepanjang sumbu Y. 4. Pitching Pitching adalah gerakan kapal yang memutari sumbu Y. 5. Heaving Heaving adalah gerakan kapal yang sepanjang sumbu Z. 6. Yawing Yawing adalah gerakan kapal memutari sumbu Z.

2

εn

: Ampiltudo gelombang

ζ an

: Spektrum gelombang

D. Gelombang Regular Gerakan suatu struktur pada gelombang reguler disebut sebagai Response Amplitude Operator (RAO). RAO merupakan fungsi amplitudo struktur yang bergerak di gelombang regular per unit amplitudo gelombang. Oleh karena itu, RAO akan berbeda untuk tiap jenis gerakan. RAO dapat diperoleh dari tes model pada towing tank, perhitungan analitis, maupun simulasi dengan perangkat lunak. Secara sederhana, RAO dapat dihitung dengan rumus pada Tabel 1[6]. Tabel 1 Rumus respon amplitude operator (RAO ) No.

Gambar 1.Gerak enam derajat kebebasan pada kapal C. Spektrum Gelombang 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 Pierson-Moskowitz (1964). Formula yang dirumuskan oleh Pierson-Moskowitz (1964) merupakan salah satu metode yang paling praktis untuk menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan oseanografi dan rekayasa kelautan. Mereka mengasumsikan jika angin berhembus konstan dalam jangka waktu yang lama pada daerah yang sangat luas, gelombang akan mencapai kesetimbangan dengan angin. Hal tersebut adalah dasar dari konsep “fully developed sea”. Yang dimaksud dengan “jangka waktu yang lama” adalah sepuluh ribu periode gelombang dan “daerah yang luas” adalah lima ribu panjang gelombang Gelombang di laut yang tidak beraturan dalam penyajian teknisnya dilakukan dengan menyajikan suatu spektrum, dimanan spektrum ini menunjukkan jumlah energi gelombang pada frekuensi gelombang yang bervariasi. Suatu gelombang acak (ireguler) digambarkan sebagai superposisi dari gelombang reguler dengan amplitudo dan frekuensi yang bervariasi. N

ζ (t ) = ∑ ζ a n cos(ω n t + ε n ) n =1

Dimana :

ωn

: frekuensi gelombang pada ke-n

Gerakan

1

Surge

2

Sway

3

Heave

RAO

No. 2

(xa/δa) 2 (ya/δa) 2 (za/δa)

Gerakan

4

Roll

5

Pitch

6

Yaw

RAO 2 (Øa/δa) 2 (Ɵa/δa) 2 (Φa/δa)

E. Gelombang Irregular Gelombang irreguler disini diasumsikan berasal dari penjumlahan gelombang-gelombang reguler yang memiliki frekuensi, tinggi dan fase gelombang yang berbeda-beda. Tiap komponen gelombang dapat ditransformasikan menjadi komponen dari suatu jenis gerakan dengan mengalikan spektrum gelombang dengan RAO gerakan tertentu yang ingin dihitung. Spektrum gelombang (ωw) diubah menjadi spektrum gelombang encountered (ωe) dengan formula sebagai berikut [6]:

ωe = ωw- ωw2vg-1cosµ

(1)

Di mana : ωe : frekuensi encountered ω : frekuensi gelombang g : percepatan gravitasi V : kecepatan kapal µ : heading angle kapal F. Spektrum Gelombang PIERSON-MOSKOWITZ ITTC mengusulkan adanya modifikasi dari spectrum PM melalui tinggi gelombang signifikan (Hs) dan frekuensi zero crossingnya (ωz) ( Chakrabarti, 1987 ). Spektrum ITTC dirumuskan dengan formulasi berikut [4] :

[

Sζ (ω) = 172.8⋅ T1 ⋅ (ζ w1/ 3 ) 2 (T1.ω) ⋅ exp− 691(T1.ω) −5

Di mana : ω = circular frequency

ζ w1 / 3

=significant wave height

T1 = average wave period Tp / T 1 = 1.296 Tp = peak period

−4

]

(1)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) III. METODOLOGI Pada bab ibi merupakan metode yang dilaksanankan dalam meyelesaikan tugas akhir ini yaitu dilakukan pengujian secara uji model serta perhitungan secara numerik. Dari kedua pengujian tersebut maka akan didapatkan gerak dari kapal pada masingmasing sumbu. Untuk desain body daari kapal ropax dapat dilihat pada Gambar 2. Setelah didapatkan gerak maka akan dikalikan spectrum gelombang yang telah ditentukan. Dimana untuk spectrum gelombang yang dipakai dalam pengujian ini perhitungan numeric menyesuaikan pengujian pada kolam uji yaiu menggunakan spectrum Pierson-Moskowitz.

H u (ω ) =

3

S u (ω ) u a = (ω ) S ς (ω ) ζ a

dimana : ua = measured signal. ζa = measured wave. S = spectral density function Respon gerak kapal atau juga disebut respone amplitude operator (RAO) dihitung pada kolam uji Manoeuvring and Ocean Engineering Basin (MOB) – LHI – BPPT yang berdimensi 60.0 x 35.0 x 2.50 meter untuk masing-masing panjang, lebar dan kedalaman. Pengujian menggunakan model kayu dengan skala 1:22 serta menggunakan perhitungan numerik. Setelah didapatkan perhitungan RAO dari kedua pengujian maka akan didapatkan hasil perbandingan antara RAO kedua pengujian tesebut. D. Kesimpulan Dari perhitungan pada kedua pengujian didapatkan olah gerak kapal ro-pax dan respon gerak serta batasan gerak kapal. IV. PEMODELAN DAN PERHITUNGAN

Gambar 2. Body Plan

A. Spectrum Pierson-Moskowitz

A. Model Kapal Bentuk kapal disesuaikan dengan lines plan yang telah tersedia dengan ketentuan ukuran kapal disesuaikan dengan ukuran yang sudah disakla. Dimana ukuran utama terlihat pada Tabel 3. Prototype dibuat dengan bahan kayu lapis kemudian dilapisi dengan serat kaca setelah itu baru prototype bias dicat menggunakan cat serat kaca. Biasanya prototype dicat menggunakan warna cat dan diberi angka gading dan nomer pengujian.

Perhitungan nilai spectrum dilakuakan pada sea state 4 sampai 5, dengan ketinggian gelombang sebesar 2.5 m serta kec kapal 12 knot.

Tabel 2. Ukuran Utama

Gambar 3. Grafik spectrum berdasarkan nilai sea state B.

B. Kondisi Gelombang Pada pengujian standard dan kenyamanan pada kapal ro-pax ini diberikan kondisi gelombang sea state 4 dan sea state 5 pada sea state WMO, dimana signifikan wave berkisar antara 1.25 – 2.5 serta 2.5 – 4 tetapi yang diambil pada ketinggian gelombang 2.5 m. C. Perbandingan RAO Hasil Uji Model Dengan Numerik Response Amplitude Operator (RAO) memberikan nilai rasio antara input wave amplitude dan output signal untuk setiap frekwensi gelombang. Hal tersebut dihitung dengan menggunakan spectral densities dari gelombang yang telah dikalibrasi dan output signal:

Analisa RAO Kedua Pengujian

Analisa olah gerak ini membandingkan hasil pengujian antara pengujian numerik dengan pengujian model uji pada kolam uji pada Laboratorium Hidrodinamika Indonesia. Pada subbab ini akan membahas bagaimana perilaku perubahan besarnya gerakan – gerakan yang terjadi khusunya gerakan heaving, pitcing , serta rolling. Karena dari ketiga gerakan tersebut yang berpengaruh terhadap keselamatan dan kenyamanan suatu kapal. Untuk gerakan surge, sway dan yaw juga akan dibahas dalam subbab ini akan tetapi bukan sebagai pertimbangan dalam menentukan kinerja dan kenyamanan penumpang. 1. Perbandingan Untuk Heading 90 derajat (Beam Seas) Gambar 5 sampai Gambar 10 merupakan perbandingan RAO hasil pengujian dengan perhitungan numerik untuk heasing 90 derajat.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

Gambar 4. RAO Surge (90 derajat)

Gambar 8. RAO Roll (90 derajat)

Gambar 5. RAO Sway (90 derajat)

Gambar 9. RAO Yaw (90 derajat)

4

Dari semua grafik perbandingan RAO pada heading 90 derajat gerakan rolling mempunyai prosentase selisih paling besar antara hasil running atau perhitugnan numerik dengan hasil pengujian di kolam uji. RAO Rolling untuk kedua pengujian dapat dilihat pada Gambar 9. Untuk Hasil running Ansys AQWA yang mempunyai selesih terbesar terjadi pada frekuensi 1.030 rad/s yaitu 94.1% lebih kecil dibandingkan dengan percobaan pada kolam uji. Dan selisih terkecil terjadi pada frekuensi 0.760 rad/s yaitu 19.49% lebih kecil dibandingkan dengan pengujian di kolam uji. Selisih ratarata dari gerak yaw 12.09%. Gambar 6. RAO Heave (90 derajat)

Gambar 7. RAO Pitch (90 derajat)

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi selisih yang cukup besar anatara kedua analisa tersebut, diantaranya yaitu ketidak sempurnaan pemodelan yang dilakukan pada saat membuat model di maxsurf pro dengan pembuatan model kapal untuk uji seakeeping di kolam uji. 2. Perbandingan Untuk Heading 180 derajat (Beam Seas) Gambar 11 sampai Gambar 16 merupakan perbandingan RAO hasil pengujian dengan perhitungan numerik untuk heasing 180 derajat. Pada subbab ini akan membahas bagaimana perilaku perubahan besarnya gerakan – gerakan yang terjadi khusunya gerakan heaving, pitcing , serta rolling. Karena dari ketiga gerakan tersebut yang berpengaruh terhadap kinerja dan kenyamanan suatu kapal. Untuk gerakan surge, sway dan yaw juga akan dibahas dalam subbab ini akan tetapi bukan sebagai pertimbangan dalam menentukan kinerja dan kenyamanan penumpang..

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

Gambar 10. RAO Surge (180 derajat)

Gambar 14. RAO Pitch (180 derajat)

Gambar 11. RAO Sway (180 derajat)

Gambar 15. RAO Roll (180 derajat)

5

Dari semua grafik perbandingan RAO pada heading 180 derajat gerakan rolling juga terihat mempunyai prosentase selisih paling besar antara hasil running atau perhitugnan numerik dengan hasil pengujian di kolam uji. RAO gerrakan roll yang mempunyai selesih terbesar terjadi pada frekuensi 1.840 yaitu 99.64% lebih kecil dibandingkan dengan percobaan pada kolam uji. Dan selisih terkecil terjadi pada frekuensi 0.67 yaitu 22.7% lebih kecil dibandingkan dengan pengujian di kolam uji. Untuk gerakan pitch mempunyai selisih rata-rata 6.84%.

Gambar 12. RAO Yaw (180 derajat)

Gambar 13. RAO Heave (180 derajat)

C. Kriteria Batasan Gerak Pada Kedua Pengujian Setelah didapatkan besarnya amplitudo untuk masingmasing gerakan dari hasil pengujian model uji pada Laboratorium Hidrodinamika Indonesia, maka diteruskan dalam mencari significant respon. Dimana signifiacant response akan didapat dari perkalian Respone Amplitudo Operator (RAO) dengan wave spectrum yang digunakan. Untuk pengujian ini menggunakan spectrum dari Pierson – Moskowitz. Dalam mencari kriteria kinerja dan kenyamanan suatu kapal menurut NORDFOSK 1987 pengujian ini menggunakan metode statistic analisa yaitu dengan mencari luasan dari significant respone (mo). Dari harga mo tersebut nanti akan didapatkan harga RMS atau standart deviasi untuk tiap masing gerakan yaitu gerakan rotasi dan gerakan tranlasi diantaranya gerakan Rolling, Heaving, Pitching, Surge, Sway, serta Yaw. Serta untuk tiap masing-masing sudut hadap yaitu heading 90 derajat serta heading 180 derajat seperti terlihat pada Table 3 dan Table 4.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

2 Bhattacharyya, Rameswar. (1978). Dynamics of Marine Vehicle. New York: John Wiley and Sons. 3 Dubrovsky, V. Lyakhovitsky,A. (2001). Multihull-Ship. USA : Backbone Publishing Company. 4 Faltinsen, O.M. (1998). Sea Loads on Ships and Offshores Structures. Cambridge : Cambridge University Press. 5 Journée, J.M.J. and Massie, W.W. (2001). Offshore Hydromechanics. Delft University of Technology. 6 Hull Engineering Department.(2000). Wamit-Moses Hydrodynamic Analysis Comparison Study. J. Ray McDermott 7 Kurultay, Aziz Alper. (2003). Sensitivity of the Seakeeping Behaviour of Trimaran Ships. California : Naval Postgraduate School. 8 Pastoor, W. (2004). Seakeeping Behaviour of a Frigate-Type Trimaran. London : The Royal Institution of Naval Architect. 9 Hardiyanto. Deny D (2012). Tugas Akhir : Analisa Gerakan Kapal Tipe Trimaran : Studi Kasus Kondisi Perairan Kalianget- Kangean-Sapeken-Masalembu, Surabaya, Jurusan Teknik Kelautan, FTK, ITS. 10 Stewart, Robert H. (2008). Introduction to Physical Oceanography. Texas : A & M University, Department of Oceanography. 11 Temarel, P and Hudson, D. (1996). Prediction of Heave, Pitch and Roll Motion for Three Trimaran Models. Southampton : University of Southampton, Department of Science.

Table 3. Pengujian Uji Model

Tabel 4. Pengujian Numerik

V. KESIMPULAN • Untuk pengujian pada kolam uji, RAO yang mempunyai nilai paling besar adalah gerak roll yang terjadi pada heading 90 derajat yaitu pada nilai 41.7 derajat/m. • Setelah dilakukan perbandingan antara pengujian pada kolam uji dengan pengujian numerik, maka didapatkan selisih rata-rata dari perhitungan RAO pada masingmasing gerak diantaranya pada heading 90 gerak surge 16.03%, gerak sway 2.22%, gerak heave 29.82, gerak roll 12.09%, gerak pitch 0.25% , gerak yaw 3.67%. Sedangkan pada heading 180 derajat gerak surge 3.84%, gerak sway 0.14% , gerak heave 0.13%, gerak roll 6.97%, gerak pitch 10.24% , gerak yaw 6.84%. • Kapal Ro-Pax ini memenuhi kriteria batasan gerak kapal NORDFORSK pada heading 180 derajat. Sedangkan untuk heading 90 derajat tidak memenuhi untuk kedua pengujian. Dikarenakan untuk prediksi uji model pada gerak roll melebihi batasan gerak sebesar 45.45% lebih besar dari standart,. Sedangkan untuk pengujian numerik gerakan roll melebihi 23.7% lebih besar dari batasan yang telah ditentukan. Akan tetapi pada heading 90 derajat

telah memenuhi standart yang ditentukan oleh IMO. • Untuk kapal Ro-Pax ini sebaiknya tidak diguanakan didaerah sea state 3 -5 karena gerak roll tidak memnuhi standart yang ditentukan pada heading 90 derajat dan juga sebaiknya diengkapi dengan stabilizer.

DAFTAR PUSTAKA 1 Belknap, William. (2008). A Computationally Efficient Method for Nonlinear Multihull Seakeeping. Michigan : The University of Michigan, Naval Architecture and Marine Engineering.

6

.