DINAMIKA KAPAL

DINAMIKA KAPAL 2015

Rahmat Nurhadi 21090112120010 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kejadian kecelakaan kapal pada saat melakukan pelayaran menarik perhatian banyak

kalangan, khususnya kalangan perancang kapal dan pemilik kapal atau pengguna kapal.

Kapal-kapal khususnya kapal pengangkut barang atau niaga yang beroperasi baik antar pulau

maupun antar negara yang melakukan misi disekitar lautan atau pantai sangat menarik untuk

mendapat perhatian mengingat pentingnya nilai atas kenyamanan dan keselamatan awak

kapal maupun keamanan barang diatas kapal.

Oleh karena itu perlu adanya kajian dan penelitian tentang kehandalannya khususnya

dari sisi unjuk kerja seakeepingnya. Kecepatan dan sarat dari kapal sangat mempengaruhi

unjuk kerja kapal pada saat berada di atas gelombang. Demikian pula karakteristik

gelombang yang terdiri dari tinggi dan periode serta arah rambat gelombang sangat

menentukan respon gerak pada kapal. Respon gerak seperti rolling, pitching dan

heaving pada akhirnya akan mempengaruhi kenyamanan dan keselamatan kru maupun

barang yang diangkut. Berdasarkan penjelasan diatas, studi ini dilakukan untuk mengevaluasi

dan menganalisis respon gerak kapal niaga diberbagai kondisi di gelombang berdasarkan

kondisi atau karakter pelayaran khususnya pada respon gerak rolling, heaving dan pitching

kapal. Penelitian dilakukan melalui metode perbandingan seakeeping menggunakan software

maxsurf dan perhitungan manual menggunakan excel.

1.2. Perumusan Masalah

a. Bagaimana perbandingan seakeepers kapal dari hasil perhitungan numerik

menggunakan software dan perhitungan manual ?

1.3. Batasan Masalah

a. Penelitian hanya sebatas teoritis, yaitu semua perhitungan dilakukakan dengan

perhitungan manual dan software. Perhitungan numerik menggunakan software

maxsurf seakeepers dan perhitungan manual menggunakan excel.

1.4. Tujuan Masalah

a. Mengetahui perbandingan olah gerak kapal yang menggunakan perhitungan numerik

dan yang menggunakan perhitungan manual.

DINAMIKA KAPAL 2015


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dinamika Kapal

Dalam kajian olah gerak kapal, gerakan yang ditinjau adalah gerakan yang hanya

mampu direspon oleh kapal, yaitu rolling, heaving, pitching. Respon dari gerakan kapal ini

meliputi:

a. Added mass inertial force adalah pertambahan massa pada kapal untuk kembali pada

posisi semula.

b. Damping force adalah gaya peredam yang berlawanan arah dengan arah gerak kapal yang

menghasilkan pengurangan amplitude gerakan kapal secara berangsur- angsur.

c. Restoring force adalah gaya untuk mengembalikan kapal ke posisi semula (equilibrium

position). Gaya ini merupakan gaya buoyancy tambahan.

d. Exciting force adalah gaya eksternal yang bekerja pada kapal. Exciting force berasal dari

hasil integrasi gaya apung tambahan dan gelombang sepanjang kapal.

Gambar 2.1: Heaving Gambar 2.2: Pitching Gambar 2.3: Rolling

2.2. Gelombang Laut

Tabel 2.1. Number of wave heading

No. Wave heading Description

1 0 degrees Following seas

2 45 degrees Stern quartering seas

3 90 degrees Beam seas

4 135 degrees Bow quartering seas

5 180 degrees Head seas

DINAMIKA KAPAL 2015


Tabel 2.2. Data sea state (Bhattacharyya, 1978)

Sea state 1 2 3 4 5 6

Wind velocity (knot) 8,5 13,5 16 19 24 26

Wave height (ft) 0,8 2,1 2,9 4,1 6,6 7,7

Average period (sec) 2,3 3,6 4,3 5,1 6,4 7

Average wave length (ft) 20 52 71 99 160 188

Minimum fetch (nautical miles) 9,8 24 40 65 130 180

Minimun duration (hr) 1,7 4,8 6,6 9,2 14 17

Selain data sea state dari (Bhattacharyya, 1978) pada tahun 1970, the world

meteorogical organisation (WMO) menyetujui kode standart sea state.

Tabel 2.3. Data sea state WMO

Sea

state

Significant wave height

(m) Description

code Range Mean

0 0 0 Calm (glassy)

1 0,0 - 0,1 0,05 Calm (rippled)

2 0,1 - 0,5 0,3 Smooth (wavelets)

3 0,5 - 1,25 0,875 Slight

4 1,25 - 2,5 1,875 Moderate

5 2,5 - 4,0 3,25 Rough

6 4,0 - 6,0 5,0 Very Rough

7 6,0 - 9,0 7,5 High

8 9,0 - 14,0 11,5 Very High

9 Over 14,0 Over 14,0 Phenomenal

2.3. Spectrum Gelombang

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, misalnya dengan mengadopsi formulasi yang disarankan JONSWAP (Joint

North Sea Wave Project).

Kondisi gelombang ditunjukkan oleh tinggi gelombang signifikan (Hs) dan periode

puncak spektral (Tp). Kerapatan spektrum dari proses peningkatan kondisi laut dapat diwakili

dengan spectrum JONSWAP. Spektrum ini menggambarkan kondisi angin laut yang identik

dengan kondisi laut terparah (DNV, 2005). Spektrum yang cocok untuk perairan dangkal,

DINAMIKA KAPAL 2015


perairan pantai dan perairan tertutup adalah spectrum JONSWAP. Berikut ini ada rumus

JONSWAP :

dengan:

2.4. Gerakan Kapal

2.4.1. Gerakan Heaving

2.4.2. Gerakan Pitching

2.4.3. Gerakan Rolling

DINAMIKA KAPAL 2015


BAB III

PEMODELAN DAN DATA PERHITUNGAN

3.1. Pembuatan Lines Plan Model Kapal

Pembuatan lines plan kapal menggunakan bantuan software maxsurf dengan data kapal

sebagai berikut :

Lpp : 129,14 m

B : 21,52 m

H : 10,98 m

T : 8,01 m

Vs : 14,97 knot

Cb : 0,73

Dwt : 13750 ton

Wsa : 3845,7 m2

Type : Bulk Carrier Ship

Gambar 3.1: Model kapal pada maxsurf

3.2. Perhitungan Seakeeping Kapal Secara Manual Dengan Menggunakan Excel

a. Memilih wave spectrum (spektrum gelombang) yang sesuai dengan operasional

kapal Sζ (Ww).

b. Mentranformasikan wave spectrum Sζ (Ww) ke encountering wave spectrum Sζ (We)

dimana encountering frequency (We) digunakan menggantikan wave frequency

(Ww).

c. Memplot ordinat yang menyatakan amplitudo dari gerakan (heaving, pitching,

rolling) yang merupakan fungsi dari encountering frequency. Nilainya bisa

didapatkan dari theoritical atau eksperimen.

DINAMIKA KAPAL 2015


d. Mentransformasikan diagram amplitudo dari gerakan ke dalam RAO (Respons

Amplitude Operator) yang merupakan fungsi encountering frequency.

e. Motion amplitude spectrum ditentukan dengan mengalikan ordinat pada grafik RAO

dengan ordinat grafik encountering wave spectrum untuk encountering frequency

yang sama.

f. Menghitung luasan dibawah grafik dari motion amplitude spectrum untuk

menentukan karakteristik gerakan kapal digelombang irreguler yaitu :

a) heaving (Z1/3, Z1/10, Z1/100)

b) pitching (θ1/3, θ1/10, θ1/100)

c) rolling (ф1/3, ф1/10, ф1/100).

3.3. Perhitungan Seakeeping Kapal Denagn Software Maxsurf Seakeepers

Seakeepers adalah program yang digunakan untuk menghitung besarnya seakeeping

atau olah gerak model kapal serta menganalisa bentuk gelombang yang terjadi.

DINAMIKA KAPAL 2015


BAB IV

HASIL DAN ANALISA PEMBAHASAN

4.1. Analisa Seakeeping Kapal

4.1.1. Data kondisi lingkungan dan penentuan sea state kapal

Kapal ini didesain untuk tinggi gelombang 6,457 meter (tinggi gelombang

didapat dari Lpp/20), maka berdasarkan World Meteorological Organisation atau teori

Bhattacharyya (1978) maka kapal ini termasuk kedalam sea state 8, karena mean

significant wave 6,457 meter berada pada sea state 8. Jenis spektrum gelombang yang

dipergunakan pada tugas akhir ini adalah spectrum JONSWAP (Joint North Sea Wave

Project). Spectrum JONSWAP dipilih karena Laut Indonesia mirip dengan Laut Utara

dan merupakan daerah kepulauan.

Gambar 4.1: Spektrum gelombang JONSWAP γ = 6,457

4.1.2. Analisa seakeeping (olah gerak) kapal

Analisa olah gerak kapal (seakeeping) ini bertujuan untuk menentukan kondisi

kritis kapal dan dilakukan dengan memvariasikan beberapa komponen yang

berpengaruh dalam menentukan besarnya amplitudo simpangan pitch, heave dan roll.

Pada analisa olah gerak kapal ini dilakukan dengan memvariasikan 2 variabel tersebut

dan juga memvariasikan frekuensi gelombang yaitu 0,3 rad/sec, 1,21 rad/sec, 1,87

rad/sec, 2,53 rad/sec, 3,19 rad/sec, 3,85 rad/sec, dan 4,51 rad/sec.

DINAMIKA KAPAL 2015


4.1.3. Analisa response heaving kapal maksimum untuk frekuensi gelombang (Ww

= 4,51 rad/sec) berdasarkan hasil perhitungan manual.

Tabel 4.1. Significant heave untuk Ww = 4,51 rad/sec

µ (deg)

Z 1/3 (ft)

14,97 knot

90 0.07071

180 0.07622

Gambar 4.2: Grafik resnpons heaving untuk Vs = 14,97 knot

Dari satu kondisi pada kecepatan dinas kapal yaitu pada kecepatan dinas kapal

14,97 knot dan hanya dianalisa dari dua sudut masuk gelombang yakni beam seas (90

derajat) dan head seas (180 derajat) menunjukkan respons heaving terbesar terjadi pada

saat kapal mengalami beam seas (sudut hadap 90 derajat) sebesar 1,55 m/m.

DINAMIKA KAPAL 2015


4.1.4. Perbandingan respon heave kapal hasil running program maxsurf seakeeper

dengan hasil perhitungan manual.

Tabel 4.2. Perbandingan respon heave kapal hasil running program maxsurf

seakeeper dengan hasil perhitungan manual dengan excel untuk Vs = 14,97 knot

µ (deg) Respon

Maxsurf Manual Selisih (%)

90 0.07071 0.06 0,008

180 0.07622 0.065 0,0085279

Gambar 4.3: Grafik perbandingan respon heaving antara manual dengan maxsurf

untuk Vs = 14,97 knot, µ = 90 deg dan 180 deg

Dari perbandingan diatas dapat dilihat persentase perbandingan respon heaving

antara perhitungan manual dengan hasil running seakeeper. Ada beberapa faktor yang

mempengaruhi selisih antara kedua analisa tersebut, diantaranya ketidaksempurnaan

permodelan yang dilakukan pada saat membuat model di maxsurf, pembuatan model

kapal untuk uji seakeeping di seakeepers sangat mempengaruhi hasil saat running.

Tingkat pembuatan model masih belum bisa diprediksi tingkat keakurasiannya,

sehingga ini bisa menjadi indikasi selisih nilai yang dihasilkan pada perhitungan

manual.

DINAMIKA KAPAL 2015


4.1.5. Analisa response pitching kapal maksimum untuk frekuensi gelombang (Ww


Tabel 4.3. Significant pitch untuk Ww = 4,51 rad/sec

µ (deg)

Ɵ 1/3 (ft)

14,97 knot

90 0,00168

180 0,00184

Gambar 4.4: Grafik resnpons pitching untuk Vs = 14,97 knot



derajat) dan head seas (180 derajat) menunjukkan respons pitching terbesar terjadi pada

saat kapal mengalami head seas (sudut hadap 180 derajat) sebesar 1,086 m/m.

4.1.6. Perbandingan respon pitch kapal hasil running program maxsurf seakeeper


Tabel 4.4. Perbandingan respon pitch kapal hasil running program maxsurf


µ (deg) Respon


90 0,00168 0,0008 0,005

180 0,00184 0,0008 0,004347826

DINAMIKA KAPAL 2015


Gambar 4.5: Grafik perbandingan respon pitching antara manual dengan maxsurf


Dari perbandingan diatas dapat dilihat persentase perbandingan respon pitching







manual.

4.1.7. Analisa response rolling kapal maksimum untuk frekuensi gelombang (Ww


Tabel 4.5. Significant roll untuk Ww = 4,51 rad/sec

µ (deg)

ф 1/3 (ft)

14,97 knot

90 0,064

180 0,048

DINAMIKA KAPAL 2015


Gambar 4.6: Grafik resnpons rolling untuk Vs = 14,97 knot



derajat) dan head seas (180 derajat) menunjukkan respons rolling terbesar terjadi pada

saat kapal mengalami beam seas (sudut hadap 90 derajat) sebesar 0,478 m/m.

4.1.8. Perbandingan respon roll kapal hasil running program maxsurf seakeeper


Tabel 4.6. Perbandingan respon roll kapal hasil running program maxsurf


µ (deg) Respon


90 0,00182 0,00089 0,005

180 0,000 0,000 0,000

DINAMIKA KAPAL 2015


Gambar 4.7: Grafik perbandingan respon rolling antara manual dengan maxsurf


Dari perbandingan diatas dapat dilihat persentase perbandingan respon rolling







manual.

DINAMIKA KAPAL 2015


BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan perhitungan seakeeping pada kapal niaga yang telah dilakukan, maka

dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

a. Variasi untuk menghitung seakeeping kapal yang dilakukan adalah variasi frekuensi

gelombang (0.3 rad/sec, 1.21 rad/sec, 1.87 rad/sec, 2.53 rad/sec, 3.19 rad/sec, 3.85 rad/sec,

dan 4.51 rad/sec) , 1 variasi kecepatan kapal (14,97 knot) dan 2 variasi sudut hadap (90

derajat dan 180 derajat), sehingga masing-masing kecepatan didapatkan respon kapal yang

berbeda-beda.

b. Respon heaving maksimum terjadi pada sudut masuk 90 derajat, respon pitching

maksimum terjadi pada sudut masuk 180 derajat, dan respon rolling maksimum terjadi

pada sudut masuk 90 derajat.

c. Persentase perbandingan respon heaving, pitching, dan rolling antara perhitungan manual

dengan hasil running seakeeper didapat beberapa faktor yang mempengaruhi selisih antara

kedua analisa tersebut, diantaranya ketidaksempurnaan permodelan yang dilakukan pada

saat membuat model di maxsurf, pembuatan model kapal untuk uji seakeeping di

seakeepers sangat mempengaruhi hasil saat running. Tingkat pembuatan model masih

belum bisa diprediksi tingkat keakurasiannya, sehingga ini bisa menjadi indikasi selisih

nilai yang dihasilkan pada perhitungan manual.

Documents

DINAMIKA KAPAL