STUDI PENGGUNAAN LAYAR SEBAGAI SUMBER UTAMA PENGGERAK KAPAL

STUDI PENGGUNAAN LAYAR SEBAGAI SUMBER UTAMA PENGGERAK KAPAL Azis Anjas Nugroho1, Andi Trimulyono1, Good Rindo1 Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro E-mail: [email protected]

1)

Abstrak Dalam pengoperasion penangkapan ikan dibantu layar, perlu mendapatkan desain layar kapal yang baik. Layar merupakan salah satu dari berbagai macam alat penggerak yang digunakan untuk menggerakan kapal. Besarnya gaya dorong yang dihasilkan oleh layar sangat dipengaruhi oleh arah dan kecepatan angin. Di samping itu, besarnya gaya dorong juga dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran layar. Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui bentuk layar yang memberikan kontribusi kecepatan paling optimal pada kapal tersebut. Analisa ukuran layar dengan luas 60 m2 dilakukan dengan variasi layar utama kapal, yaitu berbentuk segitiga, segiempat dan oval. Analisa gaya dorong dilakukan dengan menggunakan simulasi CFD (Computational Fluid Dynamic). Analisa gaya dorong dilakukan pada kecepatan angin 10 knot dengan variasi sudut datang angin 0, 15 o, 45 o, 75 o, dan 90o. Dari hasil analisis CFD (Computational Fluid Dynamic) didapatkan bahwa kontribusi terbesar layar terhadap kecepatan adalah 0,81 knot pada layar segitiga dengan nilai hambatan 12,80 kN dan kontribusi layar pada pengujian langsung rata – rata sebesar 0,6 knot pada kecepatan angin 7,61 knot. Kemudian penganalisaan yang dilakukan menggunakan software Maxsurf Hydromax 13,01 untuk menunjukkan stabilitas yang terbaik adalah nilai GZ maksimal sebesar 3,425 meter dan periode oleng sebesar 10,44 detik. Kata kunci : Layar, Gaya Dorong, Computational Fluid Dynamic 1.PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai wilayah laut sangat luas, dan hampir 2/3 dari wilayah Indonesia merupakan perairan. Sehingga seluruh kegiatan penghasil kehidupan sebagian besar melalui mata pencaharian dilaut sebagai nelayan. Namun diperlukan alat penunjang dalam melakukan aktivitas dilaut, yaitu menggunakan kapal tradisional ikan. Layar sebagai tenaga penggerak kapal telah lama digunakan. Seiring dengan perkembangan teknologi, hampir semua kapal komersil menggunakan motor bakar (solar/bensin) sebagai sumber utamanya. Setelah terjadi revolusi industri, ditemukanlah motor batubara, motor diesel dan motor bensin. Kemudian mulai terjadi juga revolusi penggerak kapal dari layar ke motor batubara dan diesel. Kelebihan kapal dengan penggerak motor dibanding layar adalah pertama, tidak tergantung angin, cuaca, dan musim. Kedua, awak kapal lebih sedikit. Ketiga, kapasitas muat lebih besar. Kekurangannya hanyalah mengkonsumsi bahan bakar minyak (BBM) dan dampak gas buang hasil pembakaran yang ditimbulkan,

mengakibatkan pemanasan global (Global Warming). Oleh karena itu penggunaan layar pada kapal tradisional perlu ditingkatkan, khususnya sebagai tenaga penggerak pendukung untuk menuju fishing ground , serta ketika kembali ke darat setelah mendapat hasil tangkapan. Analisa pemasangan layar sebagai alat penggerak kapal bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pemasangan layar terhadap kecepatan kapal. Dari penelitian tersebut, dapat diketahui bahwa pemasangan layar akan menghasilkan kontribusi kecepatan yang bervariasi sesuai dengan ukuran dan posisi penempatan layar. Analisa dari tiap bentuk layar akan disimulasikan dengan CFD (Computational Fluid Dynamic). 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan pokok permasalahan yang ada terdapat pada latar belakang, maka penelitian ini diambil rumusan masalah sebagai berikut : 1. Penentuan kebutuhan kecepatan kapal untuk operasional penangkapan ikan. 2. Penentuan pemilihan tipe layar yang akan digunakan 3. Penentuan tahapan – tahapan desain layar.

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No.1 Januari 2016 al Te knik Perkapalan - Vol. 172

4. Penentuan prosedur optimasi kinerja layar.

yang besar dan bekerja terhadap garis tengah (center line) kapal.

1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan sebagai arahan serta acuan dalam penulisan tugas akhir ini agar sesuai dengan permasalahan serta tujuan yang di harapkan. Batasan permasalahan yang di bahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Objek yang akan dikaji adalah kapal perikanan tipe katamaran. 2. Pendekatan perhitungan hambatan kapal yang digunakan metode-metode yang telah dipakai secara umum. 3. Dilakukannya eksperimen pada sebuah towink tank. 4. Penentuan konstanta-konstanta pada prediksi gaya dorong layar ( Sail Driving Force) diambil dari data-data tipe layar menurut hasil eksperimen dari Gottingen Institute, bukan dari hasil pengujian wind tunnel. 5. Analisa dan pengolahan data menggunakan software Delfship, Maxsurf, Hullspeed, Rhinoceros dan Ansys CFX Workbench. 6. Variasi yang dilakukan adalah bentuk segitiga, persegi panjang dan oval.

1.4 Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang serta permasalahannya maka maksud dan tujuan dari tugas akhir ini adalah : 1. Mendapatkan ukuran dan bentuk layar yang dapat bekerja secara optimal untuk menghasilkan gaya dorong terbesar. 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.2 Konsep Hambatan dan Gaya Dorong Hambatan kapal merupakan gaya hambat dari media fluida yang dilalui oleh kapal saat beroperasi dengan kecepatan tertentu. Besarnya gaya hambat (tahanan) yang berkerja di kapal, meliputi tahanan gesek, tahahanan gelombang, tahanan appandages. Secara sederhana tahanan total kapal dapat diperoleh dengan persamaan, sebagai berikut : RT=½ρV2Stot [Cf(1+k)+CA]+ Rw/W. W (1) Gaya Dorong (Thrust) kapal merupakan komponen yang sangat penting, yang mana digunakan untuk mengatasi Tahanan (Resistence) atau Gaya Hambat kapal. Pada kondisi yang sangat ideal, besarnya gaya dorong yan dibutuhkan mungkin sama besar dengan gaya hambat yang terjadi di kapal. Namun kondisi tersebut sangat tidak realistis, karena pada faktanya dibadan kapal tersebut terjadi fenomena hidrodinamis yang menimbukan degradasi terhadap nilai besaran gaya dorong kapal. Sehingga untuk gaya dorong kapal dapat ditulis seperti model persamaan, sebagai berikut : (2) dimana t adalah thrust deduction factor. Besarnya nilai t (thrust deduction factor) dipengaruhi oleh nilai koefisien prismatic (Cp), yang dirumuskan sebagai berikut : t= 0,5xCp–0,12 (3); untuk baling – baling Tunggal t= 0,5xCp–0,19 (4); untuk baling – baling Kembar

2.1 Kapal Katamaran

2.3 Layar

Kapal katamaran merupakan termasuk tipe kapal multihull yang mempunyai dua lambung (demihull) yang mana lambung satu dengan lambung lainnya dihubungkan dengan struktur bridging. Struktur bridging ini bisa mengurangi terjadinya deck wetness karena struktur bridging merupakan sebuah keuntungan kapal katamaran karena menambah tinggi lambung timbul (freeboard) tersebut. Selain itu struktur bridging yang kuat dan merentang diatasnya digunakan untuk menahan momen bending (bending moment) dan gaya geser (shear force)

Layar adalah sebuah permukaan, biasanya terbuat dari kain dan didukung oleh tiang yang tujuannya adalah mendorong kapal saat berlayar. Terkadang banyak layar juga dapat ditemukan pada kendaraan di darat. Dengan merubah rigging, kemudi dan lunas atau centreboard, seorang pelaut mengatur kekuatan angin di layar agar kapal relatif bergerak mengelilingi area sekitarnya (biasanya air, tetapi juga tanah dan es) dan mengubah arah dan kecepatannya. 2.4 Gaya Aerodinamika Layar


Distribusi gaya-gaya yang bekerja pada penampang foil sebuah layar diilustrasikan pada gambar 2. Tampak bahwa pada sisi leeward akan terjadi suction yang besar dan pada sisi windward timbul tekanan, dimana resultan dari seluruh gaya –gaya yang bekerja tersenut terletak pada satu titik yaitu Centre of Effort sebesar F.

FH = L cos β + D sin β (6) Persamaan diatas dapat dituliskan dalam bentuk koefisien sebagai berikut: CR = CLsin β-D cos β (7) CH = CLcos β+D sin β (8) Sedangkan untuk perhitungan koefisien Lift dan Drag, dapat dirumuskan sebagai berikut: CL (9) dan CD (10) 2.5 Stabilitas

Gambar 1. Distribusi gaya yang bekerja pada penampang foil sebuah layar . Sedangkan pada gambar 2.15 dapat dilihat bentuk aliran angin yang terjadi melewati sebuah layar, hal ini dapat menjelaskan mengapa kecepatan

Gambar 2. Aliran fluida di sekitar layar Resultan total gaya aerodinamis FT yang dihasilkan oleh layar dapat dijabarkan dalam dua komponen, yaitu gaya gerak (Driving Force) FR yang bekerja searah dengan arah gerak kapal dan gaya oleng (Heeling Force) FH yang bekerja tegak lurus dengan arah driving force. Ketika kapal layar bergerak melawan dari arah angin, maka usaha yang dilakukan adalah untuk memperbesar nilai FR(Driving Force), yaitu gaya yang searah dengan arah kapal berlayar dan mengurangi besarnya FH(Heeling Force), yaitu gaya yang tegak lurus dengan arah kapal berlayar. Besarnya FR dan FH tergantung dari besarnya arah kapal berlayar terhadap arah angin (apparent wind angle, β); gaya samping/lift (cross wind force, L); dan hambatan aerodinamis (drag, D). Perlu diketahui bahwasannya gaya liift (L) dan gaya drag (D) sendiri diperoleh dari total gaya (FT) seperti yang dilihat pada gambar 4. Untuk selanjutnya diharapkan gaya lift akan lebih besar dari gaya drag. Besarnya FR dan FH dapat dirumuskan sebagai berikut : FR = L sin β – D cos β (5)

Kapal dengan stabilitas baik adalah kapal yang telah memenuhi kriteria stabilitas yang telah ditentukan. Kriteria stabilitas utuh kapal ini dapat mengacu pada peraturan Code on intact stability for all types ships covered by IMO instruments: 2002 edition : resolution A. 749(18) as amende by resolution MSC. 75(69). Tujuan sebenarnya dari peraturan ini adalah untuk merekomendasikan kriteria stabilitas minimum dari sebuah kapal, sehingga dapat meminimalkan adanya resiko yang membahayakan bagi para awak kapal dan lingkungan sekitar. Dengan adanya penggunaan layar pada kapal, maka harus dihitung pula daya tahan terhadap angin dan rolling (kriteria cuaca) dengan kriteria tambahan sebagai berikut: 1. Sudut oleng pada kondisi steady windtidak lebih besar dari 16o 2. Perbandingan sudut oleng pada kondisi steady wind dengan sudut geladak tenggelam tidak lebih besar dari 80%. 3. Luas area “b” harus lebih besar dari area “a” (b≥a). 2.6 Computational Fluid Dynamic Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan – persamaan matematika (model matematika). Pada dasarnya, persamaan – persamaan pada fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan – persamaan diferensial parsial (PDE = Partial differential Equation) yang merepresentasikan hokum – hokum konservasi massa, momemtum dan energi. 3. METODE PENELITIAN Metode yang dipakai untuk penyelesaian tugas akhir ini secara lengkap dapat dilihat pada gambar dibawah dengan tahapan – tahapan seperti berikut:


STUDI LAPANGAN 1. Mendapatkan data-data kapal untuk kemudian di buat permodelan. 2. Wawancara dengan pihak-pihak yang berkaitan dengan kebutuhan data penulis

START

STUDI LITERATUR :

1. 2.

Perancangan kapal

3.

Studi Pustaka

INPUT DATA Pemodelan lambung ikan katamaran dengan software Deftship

Software,Deftship, Rhinoceros,Hullspee d, Maxsurf, CFD

Perhitungan prediksi hambatan, Hidrostatik, stabilitas lambung kapal,kebutuhan daya dorong kapal

(a)

Penentuan luas layar berdasarkan batasanbatasan tipe layar segitiga, segiempat dan oval Kriteria yang dihasilkan berupa : - Besarnya gaya dorong - Luasan layar yang sesuai dengan stabilitas kapal

Proses Desain

Tidak Analisa dan hasil desain Konvergensi

(b)

Ya Kesimpulan dan Saran

SELESAI

Gambar 3. Flow Chart metodologi penelitian 4. PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 4.1 Pengumpulan dan Pengolahan Data Pengumpulan data yang menyangkut objek dari tugas akhir ini berdasarkan penelitian sebelumnya. Data peneltian yang diambil meliputi data lines plan, rencana umum kapal layar katamaran, data dan hambatan. Dari data penelitian sebelumnya didapatkan data ukuran utama kapal sebagai berikut : Loa = 15,242 m, BOA = 8,861 m, H = 2,5, T = 1 m.

(c) Gambar 5. Permodelan kapal menggunakan variasi layar Rhinoceros (a) segitiga, (b) segiempat, dan (c) oval 4.2 Hasil Perhitungan Hambatan Perhitungan hambatan dilakukan dengan bantuan perangkat lunak (software), metode yang dipilih untuk menghitung hambatan adalah metode Slender Body. Perhitungan hambatan dilakukan pada beberapa variasi kecepatan.

Tabel 1. Hasil perhitungan hambatan

Gambar 4. Linesplan dengan Delfship


Slender Body Resist (KN) -0 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 1 1,4 1,7 2,8 2,7 4 5,4 5,5 6,1 6,5 7,3 9 10,8 12,5 14 15,3 16,5 17,4 18,3 19,1 19,8 20,5 21,2 21,9 22,5 23,2 23,8 24,5 25,2 25,9 26,6 27,3 28

Slender Body Power (Hp) -0,005 0,035 0,112 0,256 0,508 0,943 1,852 2,703 4,252 5,982 10,402 11,128 17,818 25,949 28,533 29,788 34,8 44,765 58,406 73,926 89,937 105,689 120,872 135,41 149,441 163,202 176,832 190,382 204,198 218,101 232,447 247,168 262,395 277,926 294,311 310,929 328,217 346,193 364,652 383,631

4.3 Hasil Perhitungan Hisdrostatik dan Stabilitas Awal Hidrostatik merupakan sebuah diagram kurva yang menunjukkan berbagai macam karakteristik lambung pada kapal pada sebuah air tenang dan sarat mendatar (even keel). Pada peneltian ini analisis hidrostatik dilakukan dengan bantuan Software Hydromax 13.0 dan dengan bantuan perangkat lunak ini kita dapat mengetahui karakteristik lambung pada kapal katamaran.

Tabel 2. Data Hidrostatik

Draft Amidships m Displacement t Heel deg Draft at FP m Draft at AP m Draft at LCF m Trim (+ve by stern) m WL Length m Beam max extents on WL m Wetted Area m^2 Waterpl. Area m^2 Prismatic coeff. (Cp) Block coeff. (Cb) Max Sect. area coeff. (Cm) Waterpl. area coeff. (Cwp) LCB from zero pt. (+ve fwd) m LCF from zero pt. (+ve fwd) m KB m KG m BMt m BML m GMt m GML m KMt m KML m Immersion (TPc) tonne/cm MTc tonne.m RM at 1deg = GMt.Disp.sin(1) tonne.m Max deck inclination deg Trim angle (+ve by stern) deg

5.000 203.6 0.0 5.000 5.000 5.000 0.000 0.000 0.000 354.239 0.000 0.000 0.000

4.000 203.6 0.0 4.000 4.000 4.000 0.000 0.000 0.000 354.239 0.000 0.000 0.000

3.000 203.6 0.0 3.000 3.000 3.000 0.000 0.000 0.000 354.239 0.000 0.000 0.000

2.000 136.4 0.0 2.000 2.000 2.000 0.000 14.884 8.861 193.977 122.668 0.816 0.506 0.625 0.930 6.860 6.946 1.347 1.000 5.911 14.952 6.258 15.299 7.258 16.299 1.257 1.438 14.898

0.000 7.042 0.000 1.651 1.000 0.000 0.000 0.651 0.651 1.651 1.651 0.000 0.091 2.315

0.000 7.042 0.000 1.651 1.000 0.000 0.000 0.651 0.651 1.651 1.651 0.000 0.091 2.315

0.000 7.042 0.000 1.651 1.000 0.000 0.000 0.651 0.651 1.651 1.651 0.000 0.091 2.315

0.0000 0.0000

0.0000 0.0000

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

1.000 32.06 0.0 1.000 1.000 1.000 0.000 14.517 8.791 79.983 55.018 0.684 0.494 0.733 0.863 7.382 6.673 0.660 1.000 19.836 24.804 19.496 24.464 20.496 25.464 0.564 0.540 10.908 0.0000 0.0000

5.5

Hydrostatics Displacement Max sect. area Sect. area amidships Wetted Area Waterpl. Area LCB LCF KB KMt KML Immersion (TPc) MTc

5 MTc 4.5 Immersion (TPc) KML

4

Draft m

Speed (knot) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20

KMt 3.5

KB LCF

3

LCB Waterpl. Area

2.5

Wetted Area 2 Sect. area amidships 1.5

Max sect. area Displacement

1 20

40

60

80

100

120

140

160 180 Displacement t

200

220

240

260

280

300

320

0

40

80

120

160

200

240

280 320 Area m^2

360

400

440

480

520

560

600

-1

0

1

2

3

4

10

11

12

13

14

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

0

2

4

6

8

10

12

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

5 6 7 8 9 Long. centre from zero pt. (+ve fw d) m 0.9 1 KB m

1.1

1.2

14 16 KM trans. m

18

20

22

24

26

28

30

17.5 20 KM long. m

22.5

25

27.5

30

32.5

35

37.5

0.7 0.8 0.9 Immersion tonne/cm

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

0.6 0.7 0.8 0.9 Moment to trim tonne.m

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Gambar 6. Kurva Hidrostatik Perhitungan stabilitas dilakukan dengan bantuan software. Stabilitas dihitung berdasarkan batasan IMO A.749 for All types of Ships. Ada 4 kondisi pemuatan kapal yang dihitung stabilitasnya. 1. Kapal pada kondisi berangkat ke fishing ground dengan muatan penuh yang terdistribusi rata/homogen, dan consumable penuh. 2. Kapal pada kondisi berangkat ke fishing ground dengan muatan penuh yang terdistribusi rata/homogen dan consumable 25%. 3. Kapal pada kondisi kedatangan dengan ballast penuh, muatan penuh, dan consumable 10% . 4. Kapal pada kondisi dipelabuhan dengan ballast penuh, muatan 20%, dan consumable 10%.

Hasil perhitungan stabilitas awal dapat dilihat pada tabel 3 berikut ini:


Tabel 3. Data stabilitas awal

4.4 Hasil Simulasi CFD Sebelum memasuki analisis fluida menggunakan ANSYS CFX, terlebih dahulu kita memodelkan kapal berikut domain fluidanya. Kemudian dibagi menjadi bagian – bagian kecil (diskretisasi) yang disebut meshing. Pembuatan model dapat dilakukan menggunakan rhynoceros dan proses meshing dapat dilakukan di ICEM CFD yang ada dalam satu paket ANSYS 14.

Gambar 7. Permodelan kapal dan layar dengan CFD

4.4.1 Validasi Pada penelitian ini untuk memvalidasi hasil dari uji model, perhitungan gaya dorong layar pada CFD harus ada pembandingnya agar hasil perhitungan tersebut valid. Pada tugas akhir ini, validasi dilakukan dengan pengujian langsung dilapangan dengan menggunakan ketiga layar tersebut yang telah disesuaikan oleh model kapal yang telah di skala.

(a) (b) (c) Gambar 8. Prototype kapal menggunakan variasi layar (a) oval, (b) segitiga, dan (c) segiempat

Kecepatan angin untuk menguji seberapa besar kontribusi layar terhadap kapal digunakan sebuah kipas angin dengan : P (daya) = 40 watt D (diameter) = 25 cm

Gambar 9. Ilustrasi pengujian langsung Pada pengujian ini, kapal layar didorong oleh kecepatan angin pada kipas angin pada jarak 1 meter, yang diketahui adalah berapa waktu yang didapat pada jarak tersebut. Karena besarnya kecepatan angin yang dihasilkan oleh kipas angin belum diketahui, maka digunakan rumus tertentu untuk menentukan besarnya kecepatan angin yang dihasilkan oleh kipas angin tersebut. Dapat dirumuskan sebagai berikut : P = 1/12 x V3 x D2 Dimana : P = Daya (watt) V = Kecepatan angin (m/s) D = Diameter baling – baling 4.5 Analisa Data

Gambar 10. Streamline Velocity pada Model Kapal Layar Segitiga dengan sudut datang angin 0°,45°,90°,135°180°.


4.6 Pembahasan 4.6.1 Kontribusi Layar dengan CFD Data output dari simulasi atau permodelan layar pada CFD adalah data – data gaya lift dan drag layar. Besarnya nilai gaya dorong (driving force) dan (heeling force) akibat gaya aerodinamis layar, dapat diketahui dengan memasukkan gaya – gaya lift dan drag kedalam persamaan (5). Tabel 5. Nilai driving force dan heeling force Variasi Layar Segitiga

Gambar 11. Streamline Velocity pada Model Kapal Layar Segiempat dengan sudut datang angin 0°,45°,90°,135°180°.

Segi Empat

Oval

(a) (b) (c) Gambar 12. Streamline Velocity pada Model Kapal Layar Oval dengan sudut datang angin 0°,45°,90°,135°180°. Setelah itu dilakukannya proses meshing dengan menentukan grid independence, dilanjutkan ke tahap pre-processor untuk memasukkan kondisi batas, kemudian masuk ke tahap post-processor untuk melihat hasil dari simulasi. Hasil simulasi dapat dilihat pada tabel 4. Tabel 4. Nilai L (Lift) dan D (Drag) dari simulasi CFD Variasi Layar Segitiga

Segi Empat

Oval

Angle of attack 0 15 45 75 90 0 15 45 75 90 0 15 45 75 90

Gaya Lift (N) Gaya Drag (N) 200 33 287 742 999 1013 1302 250 1321 66 155 160 324 765 914 848 1306 359 1266 60 152 156 266 669 965 925 1293 357 1311 60

Angle of attack 0 15 45 75 90 0 15 45 75 90 0 15 45 75 90

Gaya Lift (N) Gaya Drag (N) FR (kN) FH (kN) 200 33 0,20 0,03 287 742 0,29 0,74 999 1013 1,00 1,01 1302 250 1,30 0,25 1321 66 1,32 0,07 155 160 0,16 0,16 324 765 0,32 0,77 914 848 0,91 0,85 1306 359 1,31 0,36 1266 60 1,27 0,06 152 156 0,15 0,16 266 669 0,27 0,67 965 925 0,97 0,93 1293 357 1,29 0,36 1311 60 1,31 0,06

Akibat adanya gaya dorong kapal (driving force), maka hal ini akan menguntungkan dari segi kontribusi kecepatan kapal. Kecepatan kapal akan bertambah sesuai dengan tingkat kontribusi (driving force) layar terhadap kecepatan. Langkah untuk menghitung kontribusi kecepatan adalah sebagai berikut : 1. Besarnya gaya dorong kapal dapat dicari dengan menggunakan persamaan (2). Untuk mendapatkan nilai T berdasarkan persamaan (2), maka terlebih dahulu harus dicari nilai t (thrust deduction factor). Nilai t dicari dengan menggunakan persamaan (3) karena kapal ini menggunakan baling-baling kembar. Koefisien prismatic untuk kapal ini adalah 0,776, sehingga diperoleh nilai t untuk perhitungan thrust adalah t = 0,5 x 0,776 – 0,19 = 0,198 Nilai T dicari untuk setiap besarnya nilai hambatan, mulai dari kecepatan 4 knot (2,06 m/s) hingga 12 knot (6,17 m/s). 2. Akibat adanya pemasangan layar, maka akan memberikan tambahan gaya dorong. Besarnya gaya dorong ditambahkan dengan nilai gaya dorong ditambahkan dengan nilai gaya dorong kapal (T+Fr) 3. Setelah itu, dapat dicari besarnya nilai hambatan yang baru berdasarkan persamaan (2). Nilai hambatan yang baru (Rt baru) = (T+Fr) x (1-t)


4. Selain memberikan kontribusi gaya dorong (driving force), pemasangan layar juga memberikan tambahan nilai hambatan dari gaya drag (heeling force. Sehingga besarnya nilai hambatan baru harus ditambah nilai FH (Rt baru + FH).

Tabel 7. Kontribusi kecepatan layar NO.

Angle of Attack

1

0 15 45 75 90

2 3

Kecepatan Kapal (knot) Segitiga Segiempat Oval 0,26 0,29 0,29 0,51 0,52 0,48 0,57 0,55 0,57 0,63 0,67 0,66 0,81 0,72 0,77

Besarnya nilai hambatan setelah dipasang layar, dapat dilihat pada tabel 5. Nilai hambatan ini selanjutnya dibandingkan dengan nilai hambatan kapal sebelum dipasang layar. Tabel 6. Nilai hambatan total setelah dipasang layar (a) segitiga, (b) segiempat, dan (c) oval. Gambar 13. Grafik kontribusi kecepatan layar dengan CFD

(a) Rekapitulasi nilai hambatan setelah dipasang layar segiempat V (m/s) 2,06 2,57 3,09 3,60 4,12 4,63 5,14 5,66 6,17

0˚ 1,37 2,12 3,19 6,09 6,85 8,14 11,90 15,35 18,04

Angle of attack 45˚ 15˚ 75˚ 2,12 2,70 2,55 2,87 3,46 3,30 3,94 4,53 4,37 6,84 7,42 7,27 7,60 8,18 8,03 8,89 9,48 9,32 12,65 13,24 13,08 16,10 16,68 16,53 18,79 19,38 19,22

90˚ 2,21 2,97 4,04 6,94 7,69 8,99 12,75 16,19 18,89

(b) Rekapitulasi nilai hambatan setelah dipasang layar oval V (m/s)

Angle of attack

2,06 2,57 3,09 3,60

0˚ 1,36 2,11 3,18 6,08

15˚ 1,97 2,72 3,79 6,69

45˚ 2,82 3,58 4,65 7,54

75˚ 2,53 3,29 4,36 7,26

90˚ 2,25 3,01 4,08 6,97

4,12

6,84

7,45

8,30

8,02

7,73

4,63 5,14 5,66 6,17

8,14 11,90 15,34 18,03

8,75 12,51 15,95 18,64

9,60 13,36 16,80 19,50

9,31 13,07 16,51 19,21

9,03 12,79 16,23 18,93

4.6.2 Kontibusi Layar dengan uji langsung Selain dengan analisa menggunakan CFD, pada penelitian kali ini dilakukan pengujian langsung untuk menentukan besar kontribusi layar per 1 meter dengan menggunakan ketiga model layar yang telah diskala 1:25. Kecepatan angin yang digunakan adalah sebuah kipas angin dengan kecepatan 7,61 knot. Adapun hasil pengujian langsung adalah sebagai berikut : Tabel 8. Kontribusi kecepatan layar langsung Hasil pengujian langsung Percobaan Segitiga (s) Segiempat (s) 1 3,12 3,01 2 3,03 3,63 3 2,72 3,28 Rata-Rata 2,96 3,31 Nilai (m/s) 0,34 0,30 Hasil (knot) 0,66 0,59

Oval (s) 3,3 2,75 3 3,02 0,33 0,64

Pada tabel ini didapatkan bahwa besarnya kontribusi kecepatan layar dengan kecepatan angin sebesar 7,61 knot adalah rata – rata 0,6 knot dengan kontribusi kecepatan pada layar segitiga terbesar yaitu 0,66 knot.

(c) Untuk mengetahui tingkat kontribusi layar terhadap kecepatan kapal dengan menggunakan CFD. Besarnya kontribusi kecepatan yang dihasilkan akibat pemasangan layar dapat dilihat pada tabel 7.

Gambar 14. Grafik kontribusi kecepatan layar dengan pengujian langsung


4.7 Simulasi Stabilitas dengan wind pressure Akibat adanya pemasangan layar, perhitungan teknis terhadap stabilitas kapal perlu dilakukan kembali. Kriteria stabilitas utuh kapal ini dapat mengacu pada peraturan Code on intact stability for all types ships covered by IMO instruments: 2002 edition : resolution A. 749(18) as amende by resolution MSC. 75(69). Hasil perhitungan stabilitas kapal setelah dipasang layar dapat dilihat. Tabel 9. Kriteria stabilitas kapal dengan layar segitiga dengan wind pressure 242 Pa Kondisi

Kriteria

IMO

Unit

Areo 0 - 30 Area 0 - 40 Areo 30 - 40 Max GZ at 30 or greater Angle of maximum GZ Initial GM Angle of Steady Heel Angle of Steady Heel/ Deck Edge Immersion Area 1/Area 2

3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16

m.deg m.deg m.deg m deg m deg

80

%

5,44

12,29

12,77

14,36

Pass

100

%

248,72

239,18

251,67

226,33

Pass

1 48,9367 80,1556 31,2189 3,262 30 19,956 2,1

2 51,0625 83,7995 32,737 3,404 30 22,215 2,5

3 50,868 83,4816 32,6135 3,391 30 19,583 2,1

4 51,3251 84,249 32,9239 3,422 30 24,184 3

Status Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass

Tabel 10. Kriteria stabilitas kapal dengan layar segitiga wind pressure 262 Pa Kriteria

IMO

Unit

Areo 0 - 30 Area 0 - 40 Areo 30 - 40 Max GZ at 30 or greater Angle of maximum GZ Initial GM Angle of Steady Heel Angle of Steady Heel/ Deck Area 1/Area 2

3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100

m.deg m.deg m.deg m deg m deg % %

1 48,9367 80,1556 31,2189 3,262 30 19,956 2,3 5,89 243,47

Kondisi 2 3 51,0625 50,868 83,7995 83,4816 32,737 32,6135 3,404 3,391 30 30 22,215 19,583 2,7 2,2 13,31 13,83 233,2 246,49

4 51,3251 84,249 32,9239 3,422 30 24,184 3,2 15,54 219,57

Status Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass

Tabel 11. Kriteria stabilitas kapal dengan layar segitiga wind pressure 376 Pa Kriteria

IMO

Unit


3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100


1 48,9367 80,1556 31,2189 3,262 30 19,956 3,3 8,45 215,12

Kondisi 2 3 51,0625 50,868 83,7995 83,4816 32,737 32,6135 3,404 3,391 30 30 22,215 19,583 3,9 3,2 19,1 19,84 201,24 218,5

4 51,3251 84,249 32,9239 3,422 30 24,184 4,6 22,31 183,81


Tabel 12. Kriteria stabilitas kapal dengan layar segiempat wind pressure 234 Pa Kriteria

IMO

Unit


3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100


1 48,9632 80,2022 31,239 3,264 30 19,977 2 5,25 250,84

Kondisi 2 3 51,0997 50,8985 83,8644 83,5349 32,7647 32,6364 3,407 3,393 30 30 22,235 19,598 2,4 2 11,9 12,36 241,6 253,77

4 51,3693 84,326 32,9568 3,425 30 24,202 2,9 13,9 229,08



IMO

Unit


3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100


1 48,9632 80,2022 31,239 3,264 30 19,977 1,8 4,65 258,11

Kondisi 2 3 51,0997 50,8985 83,8644 83,5349 32,7647 32,6364 3,407 3,393 30 30 22,235 19,598 2,1 1,8 10,53 10,93 249,92 260,94

4 51,3693 84,326 32,9568 3,425 30 24,202 2,5 12,3 238,54



IMO

Unit


3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100


1 48,9632 80,2022 31,239 3,264 30 19,977 1,7 4,29 262,5

Kondisi 2 3 51,0997 50,8985 83,8644 83,5349 32,7647 32,6364 3,407 3,393 30 30 22,235 19,598 2 1,6 9,71 10,09 254,95 265,26

4 51,3693 84,326 32,9568 3,425 30 24,202 2,3 11,35 244,29


Tabel 15. Kriteria stabilitas kapal dengan layar oval wind pressure 221 Pa Kriteria

IMO

Unit


3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100


1 48,9632 80,2022 31,239 3,264 30 19,977 1,9 4,96 254,32

Kondisi 2 3 51,0997 50,8985 83,8644 83,5349 32,7647 32,6364 3,407 3,393 30 30 22,235 19,598 2,3 1,9 11,24 11,67 245,58 257,2

4 51,3693 84,326 32,9568 3,425 30 24,202 2,7 13,13 233,6


Tabel 16. Kriteria stabilitas kapal dengan layar oval wind pressure 318 Pa Kriteria

IMO

Unit


3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100


1 48,9632 80,2022 31,239 3,264 30 19,977 2,8 7,14 229,21

Kondisi 2 3 51,0997 50,8985 83,8644 83,5349 32,7647 32,6364 3,407 3,393 30 30 22,235 19,598 3,3 2,7 16,17 16,79 217,06 232,42

4 51,3693 84,326 32,9568 3,425 30 24,202 3,9 18,89 201,41


Tabel 17. Kriteria stabilitas kapal dengan layar oval wind pressure 236 Pa No

Kriteria

IMO

Unit

1 2 3 4 5 6 7 8 9


3,151 5,156 1,719 0,2 25 0,15 16 80 100


1 48,9632 80,2022 31,239 3,264 30 19,977 2,1 5,3 250,31

Kondisi 2 3 51,0997 50,8985 83,8644 83,5349 32,7647 32,6364 3,407 3,393 30 30 22,235 19,598 2,4 2 12 12,46 240,99 253,24

4 51,3693 84,326 32,9568 3,425 30 24,202 2,9 14,02 228,39



5.KESIMPULAN Berdasarkan dari hasil penelitian yang telah dilakukan penulis yaitu Studi Penggunaan Layar sebagai Sumber Utama Penggerak Kapal, maka dapat disimpulkan bahwa dengan adanya pemasangan layar sebagai alat penggerak kapal pada kapal ikan katamaran, maka didapatkan : a. Besarnya kontribusi kecepatan dari ketiga variasi layar terhadap kecepatan kapal tersebut terlihat kontribusi kecepatan maksimal dari layar segitiga sebesar 0,81 knot dengan nilai hambatan sebesar 12,80 kN. b. Besarnya kontribusi layar sebagai sumber utama penggerak kapal hanya dipakai ketika kapal melakukan proses penangkapan ikan saat berada di fishing ground. c. Nilai stabilitas terbaik yang didapat adalah nilai GZ maksimal sebesar 3,425 meter dan periode oleng sebesar 10,44 detik. d. Besarnya kontribusi layar dengan kecepatan angin sebesar 7,61 knot pada pengujian langsung adalah rata – rata 0,6 knot dengan kontribusi kecepatan pada layar segitiga terbesar yaitu 0,66 knot. e. Hasil dari CFD mengenai wind pressure yang akan digunakan sebagai perhitungan stabilitas setelah kapal di beri layar adalah maksimal pada layar segiempat sebesar 460 Pa dan minimal pada layar segitiga sebesar 24 Pa. Dari perhitungan setabilitas yang ada setelah kapal diberi layar, maka berdasarkan IMO tentang severe wind and rolling intact stability calculation bahwa stabilitas pada ketiga layar tersebut masih sesuai standar stabilitas yang ada.

6. DAFTAR PUSTAKA C.A.

Marhaj.1982.”Sailing theory and Practice2nd Edition”New York : Granada Publishing.

Cahya Putra, Tutut.2014.Tugas Akhir.”Analisa Pengaruh Bentuk Layar Terhadap Kontribusi Kecepatan yang dihasilkan oleh KM. Belitung dengan Simulasi CFD.ITS.Surabaya. Code on Intact Stability for All Types of Ships covered by IMO Instruments, IMO Res. A.749(18), as amended by MSC. 75(69), London, IMO 2002. Dwito Armono, Haryo.Bahan Kuliah. “Teori Model dan Analisa Dimensi”.PS-FTK. H. Miyata, Y-W. Lee.1999.”Application of CFD simulation to the design of sails. Journal Marine Science and Technology, Vol. 4. Lewis, Edward, 1988,”Principles of Naval Architecture Volume II: Resistance, Propulsion, and Vibration”New Jersey : The Society of Naval Architects and Marine Engineers. Rianto, Yogi.2012.Tugas Akhir. “Analisa Ukuran dan Bentuk layar Kapal Ikan Jenis Purse Seine”.ITS: Surabaya. Sachri, Sobandri. 1987. Generator Angin. Bandung: Bina Cipta Syaiful A, A.2010.Tugas Akhir.”Analisa Teknis Pemasangan Layar Sebagai Alat Penggerak Bantu pada Kapal General Cargo KM. Belitung dengan Simulasi CFD.ITS.Surabaya. Warner, E.P. 1925. “The Aerodynamics of Yatch Sail” USA: Transaction of the Society of N.A.M.E.


STUDI PENGGUNAAN LAYAR SEBAGAI SUMBER UTAMA PENGGERAK KAPAL

Recommend Documents