Oleh : Febriyanto
NRP.4106100063
Dosen Pembimbing : Ahmad Nasirudin, S.T.,M.Eng JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELUATAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011
LATAR BELAKANG Bulbous bow dapat memberi keuntungan mencapai bahkan lebih dari 10%. (Practical Ship Design) Dengan melihat grafik Cb-Fn, hanya sebagai pertimbangan untuk menggunakan bulbous bow atau normal. Metode menarik ulur hull kapal, bisa digunakan untuk mendapat bentuk kapal yang optimal. (www.hsva.de)
PERUMUSAN MASALAH Bagaimanakah desain bentuk bulbous bow yang optimal dari segi hambatan pada kasus kapal Tanker 6500 DWT? Bagaimanakah memanfaatkan aplikasi automation dari Maxsurf yang menghubungkannya dengan microsoft excel untuk mengoptimisasi dari bentuk bulbous bow?
BATASAN MASALAH Yang dianalisa dari tugas akhir ini hanya perubahan hambatan yang terjadi. Formula untuk menghitung hambatan yang digunakan adalah metode J. Holtrop dan G.G.J. Mennen. Control point yang digunakan berjumlah sama antara bentuk awal kapal (kapal dengan bulbous bow awal) dan bentuk akhir kapal (kapal tanpa bulbous bow). Batasan Teknis (displacement, trim, lebar bulb).
TUJUAN Tujuan dari tugas akhir ini adalah menghasilkan suatu bentuk bulbous bow yang optimal yaitu yang memiliki hambatan minimal dengan memanfaatkan aplikasi automation pada maxsurf yang menghubungkannya dengan microsoft excel.
MANFAAT Aplikasi automation pada maxsurf yang menghubungkannya dengan microsoft excel dapat diterapkan secara nyata di lapangan.
METODE PENELITIAN Mulai
Study literatur kapal yang dibutuhkan adalah:
Pencarian data berupa: lines plan kapal 6500 DWT dalam bentuk maxsurf
•Perhitungan hambatan dengan metode J. Holtrop dan G.G.J. Mennen.
Pemodelan kasus / optimisasi
Analisa hasil perhitungan hambatan
Kesimpulan & saran
Selesai
Input: Lines Plan Batasan: 1. Memvariasikan bentuk bulbous bow menjadi : Perubahan displacement <5% Lines plan smooth dan stream line
Kapal tanpa bulbous bow Bentuk asli
2. Meng-copy control point dari masing-masing lines plan ke excel
3. Mengkombinasikan bentuk bulbous bow. Batasan: 4. Perpindahan control point merubah bentuk lines plan yang menyebabkan perubahan pada data hydrostatic kapal yang nantinya akan menjadi input pada perhitungan hambatan di excel tentu melalui VBA
Perubahan displacement <5% Lines plan smooth dan stream line Jari-jari bulb < jarak center line ke lubang rantai jangkar Trim
Berulang 5. Hambatan kapal yang baru dapat dihitung dengan memasukkan data hidrostatik yang baru ke perhitungan hambatan
BENTUK BULB OPTIMAL
Perhitungan dibandingkan dengan hasil perhitungan dari Hullspeed
DATA LINESPLANKAPAL 6500 DWT
PEMODELAN 3D PADA MAXSURF
PEMODELAN 3D PADA MAXSURF
PEMODELAN 3D PADA MAXSURF
PEMODELAN 3D PADA MAXSURF
DATA LINESPLANKAPAL 6500 DWT Lpp = 102 m Lwl = 103,8 m B
= 19,2 m
T
=6
m
Cb = 0.763 Vs = 12 knot
DESIGN SPIRAL (Robbert Taggart 1980)
GRAFIK Cb-Fn
VARIASI BENTUK TANPA BULBOUS BOW
HULL ORIGINAL Surface
Row
Column
Long
Offset
Height
Weight
i
11
17
98.783
1.168
1.555
1
i
11
18
99.169
0.819
1.556
1
i
11
19
99.414
0.593
1.555
1
i
11
20
99.716
0.273
1.551
1
i
11
21
99.904
0
1.504
1
HULL BULBOUSBOW Surface
Row
Column
Long
Offset
Height
Weight
i
11
17
101.76
1.32
1.398
1
i
11
18
103.061
0.871
1.33
1
i
11
19
104.06
0.518
1.277
1
i
11
20
104.487
0.248
1.169
1
i
11
21
104.485
0
1.146
1
HULL OPTIMIZATION Surface
Row
Column
Long
Offset
Height
Weight
i
12
18
99.70587
1.21512
1.50633
1
i
12
19
100.37552
0.83512
1.48594
1
i
12
20
100.85426
0.56975
1.46882
1
i
12
21
101.19501
0.26525
1.43258
1
i
12
22
101.32411
0
1.39302
1
xi = x0 – {(x0 – x) * i/n} yi = y0 – {(y0 – y) * i/n} zi = z0 – {(z0 – z) * i/n} dimana :xi , yi, zi x0, y0, z0 x, y, z i n
= control point pada perubahan ke-i = control point awal (kapal dengan bulbous bow awal) = control point akhir (kapal tanpa bulbous bow) = perubahan control point ke-i = total perubahan control point sebanyak n (dalam penelitian kali ini dilakukan total perubahan sebanyak 100 kali)
BAHASA PEMROGRAMAN VBA Membuka File Maxsurf (Laporan hal. 45) Memindahkan Control Point (Laporan hal. 46) Menampilkan Data Hidrostatik (Laporan hal. 49) Proses Trimming (Laporan hal. 53)
SIMULASI
PERHITUNGAN HAMBATAN (METODE J. HOLTROP & G.G.J. MENNEN) RT = RF (1+k1) + RAPP + Rw + RB + RTR + RA Rv = RF (1+k1) + RAPP + RA Rw = Rw + RB + RTR
NEXT
Wave-making and wave-breaking Ressistance (Rw) Rw = C1 C2 C5 V ρ g exp {m1 Fnd + m2 cos(λFn-2)} Dimana :
C1 = 2223105 C73.78613 (T/B)1.07961 (90-iE)-1.37565 C7 = 0.229577 (B/L)0.33333
;untuk B/L < 0.11
C7 =B/L
;untuk0.11
C7 = 0.5 – 0.0625 L/B
;untuk B/L > 0.25
C2 = exp(-1.89√C3) C5 = 1 – 0.8AT/(BT Cm) λ
= 1.446 Cp – 0.03 L/B
;untuk L/B < 12
λ
= 1.446 Cp – 0.36
;untuk L/B > 12
m1 = 0.0140407 L/T – 1.75254 V1/3/L + 4.79323 B/L – C16
LANJUTAN. . . . . C16= 8.07981 Cp – 13.8673 Cp2 + 6.984388 Cp3 ;untuk Cp < 0.80 C16 = 1.73014 – 0.7067 Cp
;untuk Cp > 0.80
m2 = C15 Cp2 exp(-0.1 Fn-2) ;untuk L3/V < 512
C15 = -1.69385
C15 = -1.69385+(L/V1/3-8.0)/2.36 ;untuk512
1727
C15 = 0 d
= -0.9
iE = 1 + 89 exp{-(L/B)0.80856 (1-Cwp)0.30484 (1-Cp-0.0225 LCB)0.6367 (LR/B)0.34574 (100 V/L3)0.16302} C3 = 0.56
ABT1.5/{BT(0.31√ABT
+ TF – hB)}
BACK
Additional Pressure Resistance of Bulbous Bow Near The Water Surface (RB) RB = 0.11 exp(-3 PB-2) Fni3 ABT1.5 ρ g/(1+Fni2) Dimana :
ρ
= massa jenis air laut = 1025 kg/m³
g
= gaya gravitasi = 9.81 m/s²
PB
= 0.56 √ABT / (TF – 1.5 hB)
Fni
= v / √{g(TF – hB – 0.25√ABT) + 0.15 v²}
BACK
Additional Pressure Resistance of Immersed Transom Stern (RTR) RTR = ½ ρ v² AT C6 Dimana :
ρ
= massa jenis air laut = 1025 kg/m³
v
= kecepatan dinas kapal [m/s²]
AT
= luas transom kapal yang tercelup air
C6
= 0.2 (1 – 0.2FnT)
;untuk FnT < 5
=0
;untuk FnT > 5
FnT
= v / √{2 g AT/(B + B Cwp)} BACK
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses koneksi antara maxsurf-excel: Macro pada Excel harus dalam kondisi terkoneksi dengan Maxsurf. Control point yang akan dipindah-pindah harus berada dalam 1 (satu) surface. Surface yang dipindah-pindahkan control point-nya harus diletakkan di akhir daftar/list surface.
Hasil Perhitungan Viscous Resistance (Manual vs Hullspeed) 115
Hambatan Viscous (kN)
114.5 114 113.5 manual 113 hullspeed
112.5 112 111.5 0
20
40
60
80
100
Perubahan Bentuk Bulb (%)
Dimana :
0 100
= bentuk kapal tanpa bulb = bentuk kapal dengan bulb asli
Hasil Perhitungan Wave Resistance (Manual vs Hullspeed) 34
Hambatan Gelombang (kN)
32 30
manual
28 hullspeed
26 24 22 20 0
20
40
60
80
100
Perubahan Bentuk Bulb (%)
Dimana :
0 100
= bentuk kapal tanpa bulb = bentuk kapal dengan bulb asli
Wave-making & Wave-breaking Resistance (N)
Hasil Perhitungan Wave-making and wave-breaking Resistance 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Perubahan Bentuk Bulb (%)
Dimana :
0 100
= bentuk kapal tanpa bulb = bentuk kapal dengan bulb asli
90
100
Hasil Perhitungan Resistance of Bulbous Bow Near The Water Surface
Bulb Resistance (N)
15000
10000
5000
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Perubahan Bentuk Bulb (%)
Dimana :
0 100
= bentuk kapal tanpa bulb = bentuk kapal dengan bulb asli
90
100
Pengaruh Variabel ABT Terhadap Rw & RB 14 12 ABT (m²)
10 8 6 4 2 0 0
20
40
60
80
100
35000
15000
30000 Bulb Resistance (N)
Wave-making & Wave-breaking Resistance (N)
Perubahan Bentuk Bulb (%)
25000 20000 15000 10000
10000
5000
5000 0
0 0
20
40
60
80
Perubahan Bentuk Bulb (%)
100
0
20
40
60
Perubahan Bentuk Bulb (%)
80
100
Pengaruh Variabel hB Terhadap Rw & RB 6 5 hB (m)
4 3 2 1 0 0
20
40
60
80
100
35000
15000
30000 Bulb Resistance (N)
Wave-making & Wave-breaking Resistance (N)
Perubahan Bentuk Bulb (%)
25000 20000 15000 10000
10000
5000
5000 0
0 0
20
40
60
Perubahan Bentuk Bulb (%)
80
100
0
20
40
60
Perubahan Bentuk Bulb (%)
80
100
Hasil Perhitungan Total Resistance (Manual vs Hullspeed) Perubahan (%) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 31 30 25 20 15 10 5 0
Total (kN) 170.62 170.04 169.53 168.48 168.13 168.39 168.20 168.14 168.21 168.43 168.68 168.60 167.57 165.01 163.67 163.81 165.76 167.88 167.83 167.69 167.54 167.38
Perubahan (%) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 31 30 25 20 15 10 5 0
Total (kN) 174.77 174.14 173.61 172.54 172.17 172.39 172.16 172.05 172.06 172.21 172.36 172.16 170.97 168.18 166.6 166.65 168.09 169.49 169.39 169.23 169.09 168.93
Hasil Perhitungan Total Resistance (Manual vs Hullspeed) 180
Hambatan Total (kN)
175
170
manual
hullspeed
165
160 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Perubahan Bentuk Bulb (%)
Dimana :
0 100
= bentuk kapal tanpa bulb = bentuk kapal dengan bulb asli
Parameter Optimasi Batasan Displacement Batasan Trim Batasan Lebar Bulb
NEXT
Batasan Displacement Agar perubahan bulbous bow tidak merubah displacement kapal secara signifikan
Batasan perubahan displacement (< 5% dari displacemen t awal)
BACK
Batasan Trim Perubahan bulbous bow menyebabkan berubahnya letak titik tekan bouyancy secara memanjang kapal, agar trim tidak > 0,1%Lpp
Perubahan trim harus kurang dari trim kapal awal (asumsi: perhitungan trim awal sudah memenuhi) RUMUS
Rumus Trim Trim LCG LCB L GMl
= TA – TF = ( LCG – LCB ) L / GMl [m] = letak titik berat secara memanjang [ m ] = letak titik tekan bouyancy secara memanjang [m] = panjang kapal [m] = jarak metasenter ke titik berat kapal secara memanjang kapal [m]
BACK
Batasan Lebar Bulb Ada beberapa kasus kerusakan bulbous bow terjadi yang disebabkan oleh turunnya jangkar saat kapal berlabuh
Lebar bulbous bow harus dibatasi
Batasan Lebar Bulb Dikatakan lebar bulb memenuhi jika: ½ B bulb < (jarak lubang jangkar ke CL - ½ B jangkar) Dimana pada kasus ini, harga jarak lubang jangkar ke CL dan lebar jangkar dimisalkan, yaitu: Jarak lubang jangkar ke CL Lebar jangkar
=3 =4
[m] [m] BACK
KESIMPULAN Dari hasil perhitungan hambatan dan parameter optimasi, maka didapat bentuk bulbous bow yang optimal, yaitu:
Perubahan bentuk bulb ke-31
CARA
MANUAL
HULLSPEED
Dimana :
PERUBAHAN (%)
HAMBATAN TOTAL (kN)
KEUNTUNGAN (%)
0 (tanpa bulb)
167.38
a) -1.931
31 (optimal)
163.67
b) 2.221
100 (bulb sebenarnya)
170.62
0 (tanpa bulb)
168.93
a) -3.457
31 (optimal)
166.6
b) 1.379
100 (bulb sebenarnya)
174.77
a) b)
= keuntungan bulb sebenarnya terhadap tanpa bulb = keuntungan bulb optimal terhadap tanpa bulb
DAFTAR PUSTAKA Bijl, Art (1985), An Approach to Design Theory, Design Theory for Cad, Procedings of the IFIP WG 5.2 Working Conference on Design Theory for CAD, Tokyo. Brayard, J (1973), estimation de la puissance propulsive, Departement Constuctions Navales, Paris, Prancis. French, Michael J (1985), Conceptual Design for Engineers 2nd edition, The Design Council, London. Harvald, S A (1983), Resistance and Propulsion of Ships, John Wiley and Sons, Toronto, Canada.
LANJUTAN. . . . . Hasanudin (2008), Modul Pelatihan Maxsurf, FTK, ITS, Surabaya. Holtrop, J and Mennen, G G J (1982), An Approximate Power Prediction Method, International Shipbuilding Progress, Vol. 29. Kawashima, H., and Hino, T., 2004. “A Hull Form Generation Methode on Initial Design Stage”. 9th Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures.
TERIMA KASIH . . . . .
