A.A. B. Dinariyana Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan – ITS Surabaya 2011
Dalam operasinya, kapal akan memiliki draft dan trim yang berbeda-beda akibat kondisi muatan yang berubah-ubah. Untuk keselamatan dan efisiensi dari pengoperasian kapal, sangat penting pihak desainer kapal dan operator untuk mengetahui karakterisktik kapal terutama karakteristik bagian badan kapal yang berada di bawah permukaan air. Kurva-kurva hidrostatik digunakan untuk mengetahui karakteristik lambung kapal dibawah permukaan air. 2
Karakteristik dari lambung kapal dihitung untuk beberapa kondisi garis air termasuk seluruh kondisi muatan yang mungkin dialami oleh sebuah kapal. Garis air diasumsikan sejajar dengan garis dasar kapal (baseline). Bentuk karakteristik lambung pada kondisi trim dapat dihitung dengan beberapa pengukuran. Untuk memakai kurva-kurva ini, kapal juga diasumsikan berlayar pada kondisi perairan yang tenang (calm water). Sehingga seluruh perhitungannya disebut dengan hydrostatic calculations. Hasil dari perhitungan hidrostatis-nya kemudian diplot/digambarkan dengan menggunakan skala tertentu. Kurvakurva yang tergambarkan untuk selanjutnya disebut kurva-kurva hidrostatik (hydrostatic curves). 3
Kurva-kurva hidrostatik yang disertakan untuk setiap perhitungan hidrostatik diantaranya adalah: Kurva luas penampang potongan kapal (sectional area curve) Bon Jean Sectional area curves. Kurva volume dan displasmen kapal (volume and displacement curves) Kurva koefisien blok (coefficient block curve) Kurva koefisien gading besar (midship section area coefficient curve) Kurva koefisien prismatik (prismatic coefficient curve) Kurva koefisien garis air (waterplane area coefficient curve) Kurva luas garis air (waterplane area coefficient curve) Kurva letak titik tekan terhadap penampang tengah kapal (longitudinal center of buoyancy curve) Kurva letak titik berat garis air terhadap penampang tengah kapal (longitudinal center of flotation curve). 4
Kurva-kurva hidrostatik yang disertakan untuk setiap perhitungan hidrostatik diantaranya adalah: Kurva letak titik tekan sebenarnya dari dasar kapal (vertical center or buoyancy curve) Kurva radius metasenter melintang (transverse metacentric radius curve) Kurva radius metasenter memanjang (longitudinal metacentric radius curve) Kurva ton per centimeter (tons per centimeter immersion curve) Kurva momen untuk mengubah trim 1 cm (moment to trim one centimeter curve). 5
Cara yang paling umum untuk menggambar kurvakurva hidrostatik adalah dengan membuat dua buah sumbu yang saling tegak lurus. Sumbu yang mendatar dipakai sebagai garis dasar sedang sumbu tegak menunjukkan sarat kapal dan dipakai sebagai titik awal pengukuran dari kurvakurva hidrostatik. Tetapi ada beberapa kurva dimana titik awal pengukuran dimulai pada sumbu tegak yang ditempatkan agak disebelah kanan gambar. 6
Gambar kurva-kurva hidrostatik dapat dilihat pada gambar. Kurva-kurva hidrostatik ini digambarkan sampai sarat air kapal dan berlaku untuk kapal dalam keadaan tanpa trim. 7
Untuk kapal baja, ukuran-ukuran kapal yang dipakai untuk menghitung kurvakurva hidrostatik diambil dari gambar rencana garis, dimana pada gambar ini adalah keadaan kapal tanpa kulit. Maka didalam menentukan tinggi garis-garis air pada gambar hidrostatik harus diperhitungkan tebal pelat lunas ( keel )
8
Garis-garis air dibagian bawah dibuat lebih rapat untuk mendapatkan perhitungan yang teliti karena dibagian ini terjadi perubahan bentuk kapal yang agak besar seperti terlihat pada gambar
9
kurva ini menunjukkan luas bidang garis air dalam meter persegi untuk tiap bidang garis sejajar dengan bidang dasar. Ditinjau dari bentuk alas dari kapal, maka kita mengenal tiga macam kemungkinan bentuk kurva luas garis air
Kapal dengan rise of floor
10
Kurva luas garis dalam keadaan even keel alas rata (flat bottom)
11
Kurva luas garis dalam keadaan keel rake (alas miring)
Titik awal dari kurva garis air dimana luas garis air adalah nol mulai dari A, titik terdalam dari kapal.
12
Kurva-kurva ini menunjukkan volume bagian kapal yang masuk dalam air tanpa kulit dalam m3. Displacement kapal dengan kulit didalam air tawar (massa jenis = 1,000) dalam ton dan displacement kapal dengan kulit didalam air laut (massa jenis = 1,025) dalam ton, untuk tiap-tiap sarat kapal.
13
14
Dengan menggunakan luas garis air.
15
Dengan menggunakan luas penampang melintang.
16
Dari sebuah kapal yang terapung di air sampai suatu garis air dimana terdapat permukaan badan kapal yang tercelup. Luas dari permukaan badan kapal yang berhubungan langsung dengan air tersebut, disebut luas permukaan basah ( Wetted Surface Area ). Jadi kurva luas permukaan basah menunjukkan permukaan badan kapal yang tercelup untuk tiap-tiap sarat kapal. 17
18
Luas permukaan basah dipergunakan untuk menentukan jumlah kebutuhan cat untuk mengecat bagian bawah dari kapal. Bila luas permukaan basah ditambahkan dengan luas kulit kapal diatas sarat, akan kita dapatkan luas seluruh pelat kulit. Sehingga perkiraan berat pelat kulit dapat dihitung setelah tebal dan berat jenis pelat diketahui. 19
Untuk menghitung luas permukaan basah, kita dapat mengambil ukuran-ukuran permukaan yang dibasahi oleh air dari gambar rencana garis. Kita bentangkan setiap kurva station sampai garis air tertentu yang ada pada gambar body plan dari rencana garis. Bentangan tiap station dari center line sampai garis air yang diminta kita sebut half girth dari station tersebut. Half girth dari station itu kita gambarkan sebagai ordinat pada setiap nomor station yang sesuai sepanjang kapal. 20
Bila luas bidang seperti pada gambar dibawah kita hitung luasnya maka didapat luas permukaan basah.
21
kurva ini menunjukkan jarak titik berat garis air LCF (longitudinal center of floation) terhadap penampang tengah kapal untuk tiap-tiap sarat kapal.
Alas rata
Dengan kenaikan alas
22
Dengan berubahnya sarat kapal, bagian kapal yang masuk ke dalam air juga berubah. Hal ini akan mengakibatkan berubahnya titik tekan (center of buoyancy) kapal. Kurva B menunjukkan jarak titik tekan terhadap penampang tengah kapal untuk tiap-tiap sarat kapal.
23
Kurva KB menunjukkan jarak titik tekan (center of buoyancy) ke bagian bawah pelat keel untuk tiap-tiap sarat kapal.
24
kurva letak titik tekan sebenarnya menunjukkan kedudukan titik tekan B terhadap penampang tengah kapal untuk tiap-tiap sarat kapal. kurva ini merupakan gabungan dari kurva letak titik tekan terhadap keel (KB) dan kurva letak titik tekan terhadap penampang tengah kapal (LCB). 25
1.Buat garis disentrice yaitu garis yang mempunyai sudut 450 dengan kedua salib sumbu. 2. Tarik garis mendatar pada suatu ketinggian sarat tertentu misalnya pada ketinggian sarat T sehingga memotong kurva KB dititik A, garis disentrice di titik B dan kurva B dititik C. 26
3. Buat seperempat lingkaran dengan pusat lingkaran dititik B dan berjari-jari BA, sehingga terdapat sebuah titik D yang terletak vertikal dibawah titik B. 4. Tarik garis mendatar dari titik D dan sebuah garis vertikal dari titik C sehingga kedua garis ini berpotongan dititik E. 5. Titik E inilah yang menentukan letak titik tekan sebenarnya dari kapal pada ketinggian sarat T tersebut. 6. Penggambaran diatas kita kerjakan untuk paling sedikit empat macam sarat, sehingga terdapat paling sedikit empat buah titik yang akan digunakan untuk menggambar kurva titik tekan sebenarnya. 27
kurva momen inersia melintang garis air dan kurva momen inersia memanjang garis air menunjukkan besarnya momen inersia melintang dan momen inersia memanjang dari garis-garis air kapal pada tiaptiap sarat kapal.
28
29
Pada tiap karene yang dibatasi oleh sebuah garis air pada suatu ketinggian sarat tertentu, akan mempunyai sebuah titik metasenta melintang M. Letak metasenta melintang terhadap keel dapat dihitung sebagai berikut :
30
kurva letak metasenta melintang KM menunjukkan letak metasenta melintang M terhadap keel untuk tiap-tiap sarat kapal.
31
kurva letak metasenta memanjang KML menunjukkan letak metasenta memanjang ML terhadap keel untuk tiaptiap sarat kapal. Karena harga KML besar, maka tidak mungkin bila kita mengambil skala KML sama dengan skala KB.
Bila sebuah kapal mengalami perubahan displasmen misalnya dengan penambahan atau pengurangan muatan yang tidak berapa besar, hal ini berarti tidak terjadi penambahan atau pengurangan sarat yang besar. Maka untuk menentukan sarat kapal dengan cepat kita menggunakan kurva TPC ini. Perubahan sarat kapal ditentukan dengan membagi perubahan displasmen dengan ton per centimeter immersion. Atau dapat dikatakan bahwa Ton per CM Immersion adalah jumlah ton yang diperlukan untuk mengadakan perubahan sarat kapal sebesar satu centimeter di dalam air laut. 35
Dari gambar terlihat sebuah kapal dengan dua buah garis air yang masing-masing berjarak 1 centimeter. Bila kita menganggap bahwa tidak ada perubahan luas garis air pada perubahan sarat sebesar 1 centimeter atau dengan perkataan lain dapat dianggap, bahwa pada perbedaan 1 centimeter dinding kapal dianggap vertikal. Jadi kalau kapal ditenggelamkan sebesar 1 centimeter, maka penambahan volume adalah hasil perkalian luas garis air dalam meter persegi (m2) dengan tebal 0,01 meter. 36
Kurva displacement, yang terdapat dalam kurvakurva hidrostatik adalah betul hanya untuk kapal yang tidak dalam keadaan trim. Jadi kalau kapal mengalami trim, displacement kapal dengan trim tersebut mungkin lebih besar atau kurang dari harga displacement kapal tanpa trim yang didapat dari kurva displacement, kecuali kalau titik berat garis air F terletak tepat pada penampang tengah kapal. 37
Gambar (a)
Gambar (b)
38
Gambar (c)
39
Kapal dalam keadaan even keel dengan garis air W1L1 pada sarat T. Displacement kapal pada sarat T dapat dibaca dari kurva hidrostatik misalnya sebesar D ton. Kalau kapal mengalami trim dengan garis air W2L2 seperti terlihat pada gambar, maka untuk garis air W2L2 tersebut displacement kapal tidak sama dengan D. Karena tidak ketahui, bahwa kalau kapal mengalami trim dengan tidak ada perubahan displacement, maka garis air trim tersebut akan memotong garis air even keel pada titik berat garis air F. Jadi garis air trim W2L2 adalah sama dengan displacement kapal dengan garis air mendatar W3L3, atau dengan perkataan lain, displacement kapal dalam keadaan trim pada garis air W2L2 adalah D + (X . Aw. 1,025). 40
Pada gambar (b) karena titik berat garis air F terletak tepat pada penampang tengah kapal, maka displacement kapal pada saat trim dengan garis air W2L2 adalah sama dengan displacement kapal pada saat even keel dengan garis air W1L1. Pada gambar (c) Titik berat garis air F terletak di depan penampang tengah kapal. Jadi displacement kapal pada saat trim dengan garis W2L2 sama dengan displacement kapal pada saat even keel dengan sarat W3L3, atau dengan perkataan lain, displacement kapal terletak dalam keadaan trim pada garis air W2L2 = D - (x. Aw. 1,025). Dimana D = displacement kapal dengan garis air W1L1 yang didapat dari kurva displacement. 41
Ship Stability for Masters and Mates, Fourth Edition, Revised, D.R. Derrett, B-H Newnes, 1990 Teknik Konstruksi Kapal Baja, Indra Kusna Jaya, 2008
42
