Surjo W. Adji Dept. of Marine Engineering Dept of Marine Engineering ITS Surabaya
S.W. Adji S.W. Adji © 2009
1. UMUM Secara garis besar antara Tahanan Kapal (Ship Resistance) dan Propulsi Kapal (Ship Propulsion) memiliki hubungan yang sangat ‘erat’, dan saling mempunyai ‘ketergantungan’ diantara keduanya. Namun demikian, pada prakteknya Tahanan Kapal dan Propulsi Kapal dibahas terpisah. Tahanan Kapal diaplikasikan untuk mencari kebutuhan Gaya Dorong (Thrust) yang dibutuhkan oleh kapal, agar kapal dapat bergerak dengan kecepatan dinas (Service Speed) yang sesuai dengan perencanaannya. Sedangkan, pada Propulsi Kapal adalah menekankan pada bagaimana menyediakan besarnya Gaya Dorong (Thrust) dari system penggerak kapal, dan bagaimana interaksi antara alat gerak kapal tersebut terhadap aliran fluida yang melintasi badan kapal (Hull). Ketika badan kapal bergerak melintasi suatu fluida, maka badan kapal tersebut akan mengalami Gaya Hambat a bat ya yangg be berlawanan a a a aarah a te terhadap adap aarah a ge gerak a kapal. apa Sebaga Sebagaimana, a a, bada badan kapal apa ya yangg melewati air dan udara, maka badan kapal tersebut mengalami Gaya Hambat dari air dan udara. Massa air dan udara mungkin juga bergerak karena kondisi mereka sendiri, misalnya massa air digerakkan oleh arus air dan massa udara digerakkan oleh angin, yangmana kemungkinannya p y besaran dan arah yyangg berbeda. Sehingga, gg , Tahanan Kapal p ((Ship p Resistance)) awalnya y mempunyai dipelajari dalam kondisi air tenang dan tidak ada angin. Baru kemudian, perhitungan tahanan kapal tersebut diberikan tambahan dan koreksi terhadap kedua factor tersebut.
2. ALIRAN FLUIDA Hidrodinamika klasik mengarahkan pada bagaimana bentuk pola aliran fluida yang melintasi suatu bodi seperti yang ditunjukan pada Gambar 1.
Gambar 1 – Aliran Streamline Yang Melintasi Suatu Bodi
Ketika fluida bergerak melintasi bodi, jarak antara streamlines tersebut mengalami perubahan, dan kecepatan aliran fluida pun juga mengalami perubahan, hal ini disebabkan aliran massa‐nya didalam streamlines tersebut adalah konstan. Dan berdasarkan Teorema Bernaulli maka hal ini juga meng‐kait dengan adanya perubahan tekanan. Untuk suatu streamline yang diberikan tersebut; jika p, ρ, v, dan h adalah d l h Tekanan, T k M Massa J i Kecepatan, Jenis, K t d Tinggi dan Ti i tertentu t t t dari d i garis i datar; d t maka k dapat d t diformulasikan, dif l ik sbb. :
Teori Hidrodinamika sederhana senantiasa bekerja dengan fluida tanpa sifat vikositasnya. Di dalam suatu sistem fluida non‐viscous; Suatu bodi yang ditenggelamkan dan digerakkan pada sistem fluida non‐viscous tersebut, maka bodi tersebut tidak mengalami adanya tahanan (resistance). Meskipun fluida tersebut dilalui oleh gerakan bodi, maka kondisi fluida tersebut kembali ke bentuk originalnya setelah dilintasi oleh bodi tersebut. gaya lokal yang berkerja pada bodi tersebut, gaya tersebut tersebut Ada sejumlah gaya gaya‐gaya tersebut akan tetapi gaya gaya‐gaya saling meniadakan ketika diintegrasikan pada seluruh bodi. Gaya‐gaya lokal tersebut terjadi sebagai akibat terjadinya perubahan tekanan, yang diakibatkan oleh adanya perubahan kecepatan di dalam aliran fluida.
Dalam mempelajari dinamika aliran fluida, maka akan sangat berguna bila kita kembangkan suatu angka dari parameter‐parameter non‐dimensional. Dimana angka tersebut dapat meng‐karakteristikan aliran dan gaya‐ gaya yang bekerja, hal ini didasari pada sifat sifat‐sifat sifat fluidanya. Sifat Sifat‐sifat sifat fisik fluida yang erat hubungannya dalam mempelajari tahanan kapal adalah Massa Jenis [ρ], Viskositas [µ], Tekanan Statis Fluida [p]. Jika Tahanan Kapal (resistance) adalah [R], Kecepatan adalah [V], dan Panjang adalah [L], maka Tahanan kapal dalam analisa dimensional dapat diekspresikan sebagai berikut,
Sejumlah quantity yang masuk pada ekspresi formulasi tersebut diatas, masih dapat diekspresikan ke bentuk fundamental dimensions; Dimensi Waktu [T], Dimensi Massa [M], dan Dimensi Panjang [L]. Sebagai contoh Tahanan Kapal [R] adalah gaya, sehingga memiliki dimensi fundamental [MLT‐2] dan Massa Jenis [ρ] memiliki dimensi [ML‐3], ] dsb. dsb Maka dengan men‐substitusi keseluruhan parameter ke bentuk dimensi fundamental‐ nya, diperoleh hubungan;
Dari persamaan tersebut diperoleh dua kelompok persamaan dimensi fundamental, yakni persamaan dimensi fundamental dengan angka pangkat yang diketahui dan yang lainnya dengan angka pangkat yang tidak diketahui. Untuk persamaan dimensi fundamental dengan angka pangkatnya tidak diketahui, maka dapat digolongkan menjadi tiga ekspresi, sebagai berikut;
, maka ekspresi keseluruhan dari Tahanan (Resistance) dapat ditulis sebagai berikut;
Sehingga melalui analisa terhadap ekspresi tersebut diatas, dapat diindikasikan bahwa kombinasi non‐ dimensional yang signifikan adalah;
Dari ketiga rasio tersebut diatas, diperoleh, Resistance Coefficient (CT), Reynold Number (Re), Froude Number(Fn). Sedangkan rasio yang keempat adalah mempunyai relasi terhadap Kavitasi (catatan : Hal ini akan dibahas kemudian). Pada kemudian) Pada topic Tahanan topic Tahanan Kapal, yang paling sering Kapal yang paling sering digunakan adalah angka Re dan Re dan Fn. Fn Rasio µ/ρ adalah dikenal dengan pengertian angka viskositas kinematis, yang dinyatakan dengan notasi ν. Jika L2 pada ekspresi rasio non‐dimensional yang pertama tersebut adalah merupkan luasan basah dari bodi, yang dinotasikan dengan S, maka ketiga rasio non‐dimensional diatas dapat diekspresikan menjadi, sebagai berikut ;
Dan Tahanan Kapal (Resistance) dapat diformulasikan dengan ekspresi dibawah ini;
, dimana CR adalah Koefisien Tahanan Kapal yang merupakan fungsi dari Re dan Fn. Atau dapat dituliskan dengan;
BEBERAPA CONTOH ALIRAN FLUIDA DARI SUATU SUB‐MERGED BODY (NO WAVE) :
Tipe Aliran Fluida
ALIRAN FLUIDA – SURFACE
