DINAMIKA KAPAL MN141351 Laporan Praktikum Sea Keeping
Ardan Nagra Coutsar NRP. 4115100015
Dosen Prof. I Ketut Aria Pria Utama, M. Sc., Ph.D NIP. 196704061992031001
PROGRAM SARJANA DEPARTEMEN TEKNIK PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
1
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan Laporan Praktikum Sea Keeping ini sebagai bagian dari mata kuliah “Dinamika Kapal”. Pada kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Orang tua penulis yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis, 2. Bapak I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D selaku dosen pembimbing penulis yang telah membimbing penulis dalam Praktikum Dinamika Kapal, 3. Bapak Condro dan Bapak Rudi selaku teknisi Lab Hidrodinamika ITS, serta 4. Teman-teman dan pihak-pihak lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Dalam penyusunan laporan ini kami menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan makalah. Kami berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi peningkatan mutu dan prestasi akademik dalam mata kuliah Dinamika Kapal. Semua kritik dan saran dari para pembaca maupun semua pihak, kami terima dengan senang hati demi perbaikan kedepannya.
Surabaya, 28 Desember 2017
Penulis
2
Daftar Isi KATA PENGANTAR ............................................................................................................................ 2 BAB I ...................................................................................................................................................... 4 PENDAHULUAN .................................................................................................................................. 4 1.1 Latar belakang ............................................................................................................................. 4 1.2 Tujuan dan Manfaat .................................................................................................................... 5 BAB II. .................................................................................................................................................... 6 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................................................... 6 BAB III ................................................................................................................................................. 10 METODE PRAKTIKUM ..................................................................................................................... 10 3.1
Waktu dan Tempat ................................................................................................................... 10
3.2
Peralatan...................................................................................................................................10
3.3
Metode Praktikum ....................................................................................................................10
3.4
Prosedur Praktikum ..................................................................................................................10
BAB IV ................................................................................................................................................. 13 DATA DAN PERHITUNGAN ............................................................................................................ 13 4.1
Data Uji Sea Keeping ............................................................................................................... 13
4.2
Perhitungan .............................................................................................................................. 14
BAB V .................................................................................................................................................. 16 KESIMPULAN ..................................................................................................................................... 16 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................... 17
3
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Dalam kenyataan di lapangan, kapal dioperasikan pada berbagai macam iklim dan kondisi laut. Oleh karena itu, perlu diperhatikan kualitas dari seakeeping kapal dan manouvering kapal ( ship manouvering ). Ship manouvering atau olah gerak kapal adalah segala gerakan kapal yang dilakukan oleh kapal, misalnya maju, mundur, membelok, dan lain sebagainya. Setiap struktur terapung yang bergerak di atas permukaan laut selalu mengalami gerakan osilasi. Hanya 3 macam gerakan merupakan gerakan osilasi murni yaitu heaving, rolling dan pitching . Heaving atau gerak lonjak adalah gerakan kapal pada arah tegak. Pitching atau gerak angguk adalah gerak kapal dengan sumbu putar yang melintang kapal dan melalui titik berat kapal. Selain itu, rolling atau gerak oleng merupakan gerak kapal dengan sumbu putar yang membujur kapal dan melalui titik berat kapal. Semua gerakan ini bekerja di bawah gaya atau momen pengembali ketika struktur itu terganggu dari posisi kesetimbangannya. Dalam percobaan seakeeping didapatkan nilai heaving dan pitching model kapal yang akan dikonversi ke heaving dan pitching kapal yang sebenarnya. Pada proses percobaan dilakukan kalibrasi dengan voltase dan pembebanan yang sama. Kalibrasi ini dilakukan untuk mengetahui besaran dari alat ( load cell ) yang digunakan mengukur hambatan, karena output dari alat yang digunakan tidak berupa angka melainkan berupa garis lurus yang dicetak diatas kertas (kotakkotak). Dari proses kalibrasi didapatkan harga satuan dari kotak dengan voltase tertentu. Harga satuan inilah yang digunakan untuk perbandingan hasil olah gerak kapal. Hasil yang didapatkan saat uji tarik bukanlah nilai heaving dan pitching dari kapal yang sebenarnya, melainkan hanya heaving dan pitching dari model kapal. Untuk mendapatkan heaving dan pitching kapal yang sebenarnya harus dikonversi dahulu.
4
1.2 Tujuan dan Manfaat
Tujuan melakukan praktikum seakeeping ini adalah mengetahui olah gerak kapal di laut terutama heaving dan pitching dan dapat menghitung nilai heaving dan pitching pada kapal yang sebenarnya dari hasil konversi model. Manfaat praktikum adalah untuk menambah pengetahuan dan wawasan para praktikan, untuk mendapatkan data dan informasi mengenai olah gerak kapal dan faktor – faktor yang mempengaruhinya.
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Hal terpenting dalam menganalisa kondisi transportasi laut atau bangunan apung adalah dengan mengetahui kondisi lingkungan dimana alat transportasi akan beroperasi. Data – data yang menggambarkan kondisi lingkungan diperlukan untuk diketahui apakah suatu alat transportasi layak beroperasi atau tidak. Data terukur atau data penyusun model dianalisa secara statistik agar dapat memberikan gambaran dari kondisi lingkungan normal yang ekstrim seperti di bawah ini: 1. Kondisi lingkungan normal (kondisi yang diharapkan terjadi secara teratur selama masa operasi struktur) penting bagi kekuatan konstruksi terlebih pada saat operasi. 2. Kondisi ekstrim (kondisi yang munculnya sangat jarang terjadi selama operasi struktur) penting untuk merumuskan desain bahan pada struktur. Sea state dimana kapal beroperasi sudah ditetapkan. Kebutuhannya spesifik mengingat kapal akan beroperasi pada rute tertentu dan pada musim tertentu dalam satu tahunnya. 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, misal dengan mengadopsi formulasi yang disarankan ITTC. Sudut hadap merupakan besar sudut yang dibentuk oleh arah gerak kapal dengan arah gerak gelombang. Pengertian ini ditunjukkan pada Gambar 2.1 Dari penjelasan ini dapat diartikan bahwa akan banyak sekali macam sudut hadap yang bisa dibentuk oleh tongkang terhadap arah gerak gelombang.
Gambar Heading Angle 6
Namun, cukup empat jenis sudut hadap saja yang diambil sebagai contoh dalam analisa karena mampu menggambarkan gerakan tongkang yang ekstrim. Keempat jenis sudut hadap itu antara lain: 1. Head Seas, arah gerak tongkang dan arah gerak gelombang membentuk sudut 180°. 2. Beam Seas, arah gerak tongkang dan arah gerak gelombang membentuk sudut 90°. 3.
Quartering Seas, arah gerak tongkang dan arah gelombang membentuk sudut 45°.
4. Following Seas, arah gerak tongkang dan arah gerak gelombang membentuk sudut 0°. Solusi pada enam derajat kebebasan dalam kondisi gelombang yang tak tentu (irregular ) dibutuhkan dalam analisa. Dari kesemuanya, hanya tiga gerakan kapal yang mengalami gaya pengembali, yaitu heave, pitch, dan roll . Ketiga jenis gerakan ini sering dijadikan acuan dalam berbagai perhitungan kondisi keamanan pada proses transportasi kapal.
Gambar Enam derajat kebebasan Ada empat faktor yang mempengaruhi nilai dari respon kapal : 1. Tingkat keparahan dari kondisi laut yang digambarkan dengan tinggi gelombang signifikan, frekuensi terjadinya dan durasi dari masing - masing kondisi laut pada keparahan yang berbeda. 2. Bentuk spektrum gelombang untuk masing – masing kondisi laut. 3. Sudut masuk kapal terhadap gelombang pada kondisi laut tertentu. 4. Kecepatan kapal untuk sudut masuk kapal dan kondisi laut tertentu. Gerakan rolling adalah gerakan kapal yang mengelilingi sumbu X, ketika terjadi rolling bagian sisi kanan kapal bergerak ke sebelah bagian sisi kiri kapal yang terulang secara bergantian. Gerakan rolling sebagian besar merupakan fungsi dari tinggi metasenter. Kapal dengan nilai GM besar (misal 2 meter atau 7
lebih) akan mempunyai periode rolling yang pendek dengan percepatan yang tinggi dan tidak nyaman, kapal nilai GM (misal dibawah 2 meter) akan lebih nyaman dengan percepatan yang rendah namun dengan amplitudo rolling yang lebih besar. Teori linier menunjukkan bahwa sudut roll yang besar dapat terjadi ketika frekuensi encounter gelombang yang bekerja secara beamseas (μ = 90°) mempunyai nilai yang berdekatan dengan frekuensi roll natural kapal. Perubahan ini bergantung pada variasi pada tinggi metasenter efektif. Ketika kapal berada pada kondisi following sea (μ = 0°), variasi metasenter merupakan periode yang lama. Terutama pada kapal yang memiliki stern transom datar akan kehilangan stabilitas dan amplitudo pengembali roll akan menjadi sangat besar. Persamaan untuk rolling pada kondisi air laut tenang dimodifikasi dari persamaannya. Hal ini bisa diperoleh dengan memperhitungkan gaya tekan hidrodinamis yang beraksi pada masing – masing elemen pada badan kapal secara menyeluruh pada permukaan badan kapal yang basah. Resultan gaya yang bekerja pada partikel permukaan badan kapal harus tegak lurus dengan permukaan gelombang. Adanya panjang gelombang adalah membandingkan dengan lebar kapal, hal ini sangat beralasan jika kita asumsikan sebuah kapal diposisikan pada sebuah resultan gaya normal terhadap “permukaan gelombang efektif” yang diambil sebagai penjumlahan dari seluruh sub permukaan yang bekerja terhadap kapal. Berikut persamaan umum dari rolling :
(4 + 44)̈ 4 +44̇4 +444 = 4…………………… (1) Heaving adalah gerakan kapal yang sejajar sumbu Z dan saat terjadi heaving kapal mengalami naik turun secara vertikal. Pada heaving , gaya ke bawah akibat dari berat kapal membuat kapal tercelup air lebih dalam dan kembali ke awal hingga diperoleh kesetimbangan kapal. Karena gaya buoyancy lebih besar akibat kapal tercelup, kapal akan bergerak secara vertikal ke atas, ketika posisi kapal telah setimbang lantas berhenti akan tetapi tetap naik dikarenakan ada pengaruh momentum. Selanjutnya kejadiannya akan berulang. Pada kondisi heaving ini, kapal hanya bergerak secara vertikal dalam satu arah, yaitu translasi saja. Berikut adalah persamaan umum dari heaving :
( + 33)̈3 +33̇3 +333 +35̈5 +35̇5 +355 = 3..(2) 8
Dalam berbagai analisa perhitungan gerakan benda apung mengalami gerakan angular seperti benda apung yang mengalami gerakan rolling atau pitching , maka perhitungan dan analisa terhadap besarnya gaya momen memegang peranan yang lebih penting dibandingkan dengan perhitungan besarnya gaya itu s endiri. Pitching adalah gerakan kapal yang memutari sumbu Y, ketika terjadi pitching kapal mengalami perubahan trim bagian bow dan stern secara bergantian. Berikut persamaan umum dari pitching :
(5 + 55)̈5 +55̇5 + 555 +53̈3 +53̇3 +533 = 5..(3) Dalam prakteknya, kapal tidak mempunyai waktu untuk merespon pada kondisi ini, dan resultan amplitudo pitch akan menjadi sudut statis yang dikalikan dengan faktor pengali terhadap rasio frekuensi dari gelombang, kapal, dan sejumlah damping yang bekerja ini adalah kurva pengali standar yang dipergunakan dalam studi getaran. Diasumsikan bahwa damping dan periode natural kapal diketahui, amplitudo pitching dapat diperoleh dari studi gambar dimana kapal dapat bertahan pada berbagai jenis titik di sepanjang profil gelombang.
= 33 ( +33)2 +33………………………. = 35 352 +35]……………………………… = 53 532 + 53………………………………. = 55 (55 + 55)2 + 55 ……………………… − = 30 …………………. heave response, 3 = − − = …………………… pitch response, 5 = − 50 Persamaan dibawah menunjukkan
(4) (5) (6) (7) (8)
(9)
korelasi serta pengaruh sudut hadap dan
kecepatan kapal terhadap besarnya simpangan getaran (heave, pitch, dan roll ): 1. Frekuensi Encounter,
ωe = ω1 g cosμ...……...
(10)
ω = √ 2πgλ……………………..
(11)
2. Frekuensi Gelombang,
9
BAB III METODE PRAKTIKUM
3.1 Waktu dan Tempat
Praktikum uji model ini dilaksanakan pada hari Rabu tanggal 21 Desember 2017 di Laboratorium Hidrodinamika ITS. 3.2 Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam praktikum seakeeping adalah model kapal berfungsi sebagai objek yang diuji, wave maker berfungsi sebagai pembuat gelombang, alat pengukur gelombang untuk mengukur gelombang yang ditimbulkan oleh wave maker setelah merambat sekian meter satuan jarak, load cell berfungsi sebagai pengukur beban yang diterima model selama pengujian, penjepit berfungsi untuk memasang load cell , alat-alat tulis untuk mencatat data yang didapat dari lokasi praktikum. 3.3 Metode Praktikum
Metode praktikum yang digunakan adalah metode simulasi, menggunakan model untuk mengetahui nilai heaving, pitching, dan rolling yang terjadi pada kapal yang sebenarnya.
Gambar Peralatan Praktikum 3.4 Prosedur Praktikum
Percobaan heaving , pitching , dan rolling test kapal dilaksanakan pada kondisi air tenang, namun karena pada saat percobaan yang tersedia di labarotarium hanya untuk menghitung heaving dan pitching , maka rolling tidak dapat kami hitung. Kemudian dilakukan pula pada air bergelombang dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Pemasangan Model kapal
10
Gambar Diagram Pemasangan Model Kapal
Tempatkan model pada posisi centre line tangki
Tempatkan model pada posisi garis air
Persiapkan wave maker untuk membuat gelombang yang kita inginkan
Pengukuran gelombang dengan alat Displacement Tandensor yang telah disesuaikan
2. Pemasangan alat ukur disesuaikan dengan diagram
Gambar Diagram Pemasangan Alat Ukur Karena kelompok kami hanya melakukan percobaan heaving dan pitching saja maka load cell hanya dipasang di bagian depan dan belakang kapal saja. 3. Kalibrasi alat Kalibrasi zero set untuk semua peralatan dengan cara menekan tombol kalibrasi (pada alat) untuk melihat hasil konversi kalibrasi ( standard load cell ) 4. Pelaksanaan percobaan Merekam data hasil percobaan model dengan menggunakan alat speed chart 5. Hasil percobaan Selanjutnya dilakukan perhitungan poin-poin sebagai berikut : a.
Mencatat data hasil dari beberapa percobaan
b.
Menghitung gaya gerak kapal tiap skala 11
Berikut adalah sebagian alat yang digunakan dalam percobaan :
Speed chart
Model Kapal Ditarik Dengan Penarik
Load Cell
Kereta Tarik
Tali Pengikat
Amplifier
12
BAB IV DATA DAN PERHITUNGAN
4.1 Data Uji Sea Keeping
Dimensi
Kapal
Model
LOA (m)
40
1
LPP (m)
39.9
0.9975
B (m)
8
0.2
H (m)
3.4
0.085
T (m)
1.7
0.0425
WSA (m2)
287.24
0.179525
Displacement (ton/kg)
242.716
3.7924375
Skala
1 : 40
Gerakan Chart Pada Haluan 13
Gerakan Chart Pada Buritan
4.2 Perhitungan
Pengukuran tinggi gelombang Hasil Kalibrasi Haluan (A) Tegangan (volt) Tinggi (cm) Jumlah Kotak 2.5 5 25 Hasil Kalibrasi Buritan (B) Tegangan (volt) Tinggi (cm) Jumlah Kotak 2.5 5 25
Hasil Percobaan 1 Haluan (A)
14
Amplitudo (cm)
Periode (s)
1,4
Rata2 Tinggi (cm) 1,4
3.4
Tertinggi (cm) 3.8
Buritan (B) Amplitudo (cm)
Periode (s)
1,4
Rata2 Tinggi (cm) 1,4
Tertinggi (cm)
2.6
3
Hasil Percobaan 2 Haluan (A) Amplitudo (cm)
Periode (s)
1,8
Rata2 Tinggi (cm) 1,4
Tertinggi (cm)
4.6
5
Buritan (B) Amplitudo (cm)
Periode (s)
1,8
Rata2 Tinggi (cm) 1,4
4.5
Tertinggi (cm) 4.8
Dengan hasil percobaan yang didapat maka dapat dihitung heaving dan pitchingnya dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Heaving Heaving Percobaan 1
Percobaan 2
Pitching Pitching Percobaan1
Percobaan 2
= (a+b)/2 = (3.4+ 2.6)/2 = 3 cm = (4,6+4,5)/2 = 4,55 cm
= arctan((a-b)/Lkapal) = arctan((3.4-2.6)/1) = 38.6598° = arctan((4,6-4,5)/1 = 5.71059°
15
BAB V KESIMPULAN
Berdasarkan hasil eksperimen laboratorium dan kalkulasi hasil eksperimen didapatkan bahwa: 1. Rata-rata elevasi dari haluan pada percobaan dengan amplitudo 1.4 dan periode 1.4 adalah 3.6 cm. 2. Rata-rata elevasi dari buritan pada percobaan dengan amplitudo 1.4 dan periode 1.4 adalah 2.4 cm 3. Rata-rata elevasi dari haluan pada percobaan dengan amplitudo 1.8 dan periode 1.4 adalah 4.6 cm 4. Rata-rata elevasi dari buritan pada percobaan dengan amplitudo 1.8 dan periode 1.4 adalah 4.5 cm 5. Heaving pada percobaan dengan amplitudo 1.4 dan periode 1.4 adalah 3 cm 6. Heaving pada percobaan dengan amplitudo 1.8 dan periode 1.4 adalah 4.55 cm 7. Pada percobaan dengan amplitudo 1.4 dan periode 1.4, didapatkan pitching sebesar 38.6598° 8. Pada percobaan dengan amplitudo 1.8 dan periode 1.4, didapatkan pitching sebesar 5.71059° Hasil perhitungan hasil eksperimen laboratorium mempunyai ketelitian yang kurang disebabkan error dalam pembacaan strip chart .
16
DAFTAR PUSTAKA
Harvald, SV. AA. 1992. Tahanan dan Propulsi Kapal . Terjemahan Jusuf Sutomo. Airlangga University Press, Surabaya. Battacharyya, R. 1978. Dynamic of Marine Vehicles. John Wiley & Sons, New York. Arswendo, B .2015. Presentasi Dinamika Kapal. Dinamika Kapal. Universitas Diponegoro
17
