Metode Perhitungan Resistance Di Kapal [PDF]

Citation preview

MAKALAH METODE PERHITUNGAN RESISTANCE DI KAPAL



Disusun oleh : Mohammad Bagus Firmansyah (09161046) Teknik Perkapalan



Institut Teknologi Kalimantan Balikpapan



1



Kata Pengantar Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat-NYA sehingga makalah ini dapat tersusun hingga selesai. Tidak lupa kami juga mengucapkan banyak terimakasih atas bantuan dari pihak yang telah berkontribusi dengan memberikan sumbangan baik materi maupun pikirannya. Dan harapan kami semoga makalah ini dapat menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, Untuk ke depannya dapat memperbaiki bentuk maupun menambah isi makalah agar menjadi lebih baik lagi. Karena keterbatasan pengetahuan maupun pengalaman kami, Kami yakin masih banyak kekurangan dalam makalah ini, Oleh karena itu kami sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan Balikpapan, Maret 2018 Penyusun



2



DAFTAR ISI Cover ...................................................................................................... Kata Pengantar ...................................................................................... Daftar Isi ............................................................................................... BAB I Pendahuluan ............................................................................... 1.1 Latar Belakang ...................................................................... 1.2 Rumusan Masalah ................................................................ 1.3 Tujuan ................................................................................... BAB II Pembahasan .............................................................................. 2.1 Pengertian Resistance ........................................................... 2.2 Komponen-komponen Resistance ........................................ 2.3 Metode Penghitungan Resistance ......................................... 2.3.1 Metode Holtrop & Mannen ....................................... 2.3.2 Metode Yamagata .................................................. 2.3.3 Metode Savitsky .................................................... 2.3.4 Metode Delf Series ................................................. 2.3.5 Metode Van Ootmersen ........................................... 2.3.6 Metode Series 60 .................................................... BAB III Penutup .................................................................................... 3.1 Kesimpulan .......................................................................... Daftar Pustaka ......................................................................................



3



i ii iii 1 1 1 1 2 2 2 3 3 5 7 8 8 9 11 11 12



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam kemajuan teknologi seperti saat ini, kapal adalah kendaraan yang sangat berguna untuk penyeberangan antar pulau bahkan antar negara, dikarenakan dua pertiga atau sekitar luasan 70,8% di dunia merupakan lautan. Salah satu faktor keberhasilan dalam merancang sebuah kapal adalah tercapainya kecepatan servis pada kapal sesuai dengan rencana dibangunnya kapal tersebut, Namun di kapal ada sesuatu penghambat dari kecepatan yakni hambatan air dan hambatan udara. Ketika lambung kapal bergerak melintasi suatu fluida, maka lambung kapal tersebut akan mengalami gaya hambat yang berlawanan arah terhadap arah gerak kapal. Sebagaimana, lambung kapal yang melewati air dan udara, maka lambung kapal tersebut mengalami gaya hambat dari air dan udara.



Untuk



mengetahui



hambatan pada kapal terdapat beberapa metode yakni metode murni perhitungan matematik seperti Holtrop & Mannen, metode tabel atau grafik seperti Yamagata, serta Eksperimen seperti yang di lakukan di Towing Tank. Mengetahui akan pentingya meminimalisir akan hambatan di kapal, maka penulis tertarik untuk menganalisis metode-metode seperti yang di jelaskan di atas.



1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada makalah ini yakni bagaimana menjelaskan pengertian resistance, komponen-komponen resistance, serta metode-metode yang digunakan untuk menghitung resistance.



1.3 Tujuan Tujuan dibuatnya makalah ini yaitu sebagai berikut : a. Untuk memenuhi tugas mata kuliah hambatan dan propulsi kapal. b. Menjelaskan pengertian resistance, komponen-komponen resistance, serta metode-metode yang digunakan untuk menghitung resistance.



4



BAB II PEMBAHASAN



2.1 Pengertian Resistance Resistance adalah kekuatan yang diatasi oleh kapal saat bergerak melalui fluida, Resistance biasanya di notasikan dengan Rt yang artinya hambatan total, berikut adalah formula resistance secara umum, Rt = ½.ρ.S.V2.Ct ....................................... (2.1) Dimana, ρ = massa jenis air laut, S = luas permukaan bidang basah, V = kecepatan dinas kapal, serta Ct = Koefisien Tahanan Gesek. (Watson, D.G.M : 1997)



2.2 Komponen-komponen Resistance Komponen-komponen resistance secara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Tahanan Gesek Rf : Tahanan gesek adalah komponen tahanan yang diperoleh dengan cara mengintegralkan tegangan tangensial ke seluruh permukaan basah kapal menurut arah gerakan kapal. 2. Tahanan Sisa Rr : Tahanan sisa adalah kuantitas yang merupakan hasil pengurangan dari tahanan total kapal, suatu tahanan gesek yang merupakan hasil perhitungan yang diperoleh dengan memakako rumus khusus. Secara umum bagian yang terbesar dari tahanan sisa pada kapal niaga adalah tahanan gelombang (Wavemaking Resistance). 3. Tahanan Viskos, Rv : Tahanan Viskos adalah komponen tahanan yang terkait dengan energi yang dikeluarkan akibat pengaruh viskos. 4. Tahanan Tekanan, Rp : Tahanan tekanan adalah komponen tahanan yang diperoleh dengan jalan mengintegralkan tegangan normal keseluruh permukaan benda menurut arah gerakan benda. 5. Tahanan Tekanan Viskos, Rpv : Tahanan tekanan viskos adalah komponen tahanan yang diperoleh dengan jalan mengintegralkan komponen tegangan normal akibat viskositas dan turbulensi. Kuantitas ini tidak dapat langsung



5



diukur, kecuali untuk benda yang terbenam seluruhnya ; dalam hal ini, sama dengan tahanan tekanan.T 6. Tahanan Gelombang (Wavemaking Resistance), Rwp : Komponen tahanan yang disimpulkan dari hasil pengukuran elevasi gelombang yang jauh dari kapal atau model; dalam hal ini medan kecepatan bawah permukaan (subsurface velocity field), yang berarti momentum fluida, dianggap dapat dikaitkan dengan memakai yang disebut teori linear. Tahanan yang disimpulkan



demikian



itu



tidak



termasuk



tahanan



pemecah



gelombang (Wavebreaking resistence). 7. Tahanan Semprotan (Spray resistance), rs : Tahanan semprotan adalah komponen tahanan yang terkait dengan energi yang dikeluarkan untuk menimbulkan semprotan.



2.3 Metode Perhitungan Resistance Metode-metode untuk menghitung resistance dibagi menjadi 3 yaitu metode murni perhitungan matematik seperti Holtrop & Mannen, metode tabel atau grafik seperti Yamagata, serta Eksperimen seperti yang di lakukan di Towing Tank. Berikut penjelasan secara rinci mengenai metode-metode diatas. 2.3.1 Metode Holtrop dan Mennen Metode Holtrop dan Mennen ini adalah salah satu metode yang digunakan secara luas dalam prediksi ketahanan kapal full displasemen dan kapal semidisplasemen Dalam pendekatan untuk menetapkan formula yang sesuai, Holtrop dan Mennen mengasumsikan bahwa koefisien non-dimensi mewakili komponen hambatan untuk bentuk lambung . Adapun tahapan-tahapan dalam menentukan Hambatan dalam metode ini adalah sebagai berikut :  Perhitungan Luas Permukaan Basah Badan Kapal (Stot) Langkah awal dari perhitungan dengan metode ini adalah dengan menghitung luasan permukaan basah yang terendam air. Notasi dari permukaan ini dilambangkan dengan S.



6



Stot = S + Sapp ........................................... (2.2)



Sapp adalah luasan dari daerah tonjolan atau dapat dicontohkan adalah daerah bulbosbow (jika kapal menggunakan bulbosbow).  Perhitungan Koefisien Tahanan Gesek (Ct/Cf) Langkah berikutnya adalah penentuan angka Reynold dan Froude, data yang diperlukan meliputi kecepatan kapal (Vs), panjang garis air (Lwl), gravitasi (g), dan koefisien kinematis (v). Data tersebut dapat dimasukkan di rumus sebagai berikut : Rn = Vs.Lwl/v.............................................. (2.3) Fn = Vs/(g.Lwl)1/2



Selanjutnya, dari data tersebut dapat ditentukan besarnya koefisien gesek (Cf), yang dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : Cf = 0,075/(log Rn-2)2 ......................................... (2.4)  Perhitungan Koefisien Faktor Bentuk (1+k) (1+k) = 0,93 + 0,487118.(1+0,011.Cstern) x (B/L)1,06806(T/L)0,46106 X (LWL/LR)0,121563(Lwl/v)0,34686X (1-Cp)-0,604247 ........... (2.5)



Dimana :



B = Lebar Kapal L = Panjang Kapal V = Kecepatan Dinas Kapal T = Sarat Kapal CP = Koefisien Prismatik



 Perhitungan Koefisien Tahanan Udara (CA) CA = 0,006 (Lwl + 100)-0,16 – 0,00205.......................... (2.6)  Perhitungan Koefisien Tahanan gelombang (Rw/W) Rw/W = C1.C2.C3.emFn^d + m2 cos (λ.Fn^-2)......................... (2.7)  Perhitungan Gaya Keatas pada Kapal atau Bouyancy (W)



7



W = 1,025.∇.g ............................................. (2.8)



Dimana :



∇ = Volume Kapal g = Gravitasi Bumi



 Perhitungan Tahanan Total Kapal (RT) Tahapan terakhir dalam penentuan besarnya Tahanan Total suatu kapal adalah mensubtitusikan semua notasi yang diperoleh dari perhitungan-perhitungan diatas menjadi rumusan sebagai berikut : RT = ½ . ρ . v2 . Stot [Cf (1+k) + CA] + RW/W.W................ (2.9)



2.3.2 Metode Yamagata Metode ini diperkenalkan oleh Dr. Yamagata pada tahun 1941, yang memberikan grafik koefisien resistansi residu berdasarkan koefisien gesekan froude dan 2 grafik koreksi untuk perbedaan nilai L/B dan B/D dari nilai standar dalam buku yang berjudul Senkeigaku. Metode ini hampir sama dengan holtrop yakni :  Mencari luas permukaan bidang basah (S) S = L.B(1,22 dmld/B+0,46)(Cb + 0,766) ..................... (2.10)



Namun rumus ini memberikan nilai yang lebih kecil daripada yang sebenarnya untuk kapal yang lebih lengkap. Oleh karena itu penulis menggunakan rumus Todd berikut, namun menyesuaikan angka C harus diubah sesuai data aktual seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1



(Gambar 2.1)  Koefisien Tahanan Gesek (CT / CF) Formula Tahanan Gesek dapat di tuliskan sebagai berikut : 8



Cfo = 0,075/ (Log 10(VL/v)-2)2...................................... (2.11)  Koefisien Tahanan Sisa Hubungan antara V/ √g.L dengan Rt dapat dilihat dalam bentuk grafik di bawah ini,



(Gambar 2.2)  Dan Tahanan Tambahan lainnya seperti : Tahanan Angin, Koreksi Bulbosbow, Koefisien Tahanan Udara, dll. Dari komponen-komponen diatas dibuat sebuah grafik dimana grafik tersebut Sumbu-X nya merupakan v/√𝑔𝐿 dan Sumbu-Y nya merupakan Rt (Hambatan



9



Total). Di metode Yamagata ini juga dapat menghitung Nilai EHP (Effective Horse Power) melalui grafik antar beberapa kecepatan yang di rencanakan.



2.3.3 Metode Savitsky Metode ini digunakan pada kapal-kapal cepat yang mempunyai bentuk lambung V atau biasa disebut High Speed Craft, karakteristik kapal cepat ini dipengaruhi oleh froude numbernya. Froude number yang besar menyebabkan kapal dapat mencapai kecepatan tinggi. Untuk planning craft, luas bidang basah efektif berkurang seiring dengan meningkatnya kecepatan kapal. Oleh karena itu, beam froude number (FB) sering digunakan sebagai parameternya. (FB) didefenisikan sebagai berikut : FB =



𝑉 √𝑔.𝐵



............................................. (2.12)



Dimana B adalah lebar luas bidang basah kapal. (Safitsky ;1964) Sebagai contoh, menggunakan beam untuk menentukan lift coefficient, serta froude number. Secara umum, high speed craft membutuhkan daya yang besar. Hal ini karena resistance kapal merupakan suatu fungsi yang sangat berpengaruh dengan kecepatan kapal. Sehingga daya dorong yang dibutuhkan adalah : P = R.V …......................................... (2.13) P = k.V3



Dengan demikian menggandakan daya yang terpasang, menghasilkan peningkatan kecepatan hingga 26%. Pada perencanaan smaal craft, harus memperhatikan halhal berikut : a. Mempertahankan tahanan kapal yang rendah b. Meminimalkan dampak gelombang, biasanya dalam bentuk membanting c. Menghindari propoising d. Serta transmisi daya mesin ke air.



Untuk Perhitungan Hambatan pada metode ini hampir sama dengan metodemetode sebelumnya, perbedaannya hanya terletak pada rumus akhir yaitu sebagai berikut :



10



𝐶𝐿𝑏 =



𝜌𝑔∇ 1 𝜌𝑉 2 𝑏2 2



....................................................... (2.14)



Kapal-kapal cepat dengan metode ini biasanya membentuk sudut yang disebut angle of attack dikarenakan perubahan sarat kapal atau bisa disebut semi displacement, seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.



(Gambar 2.3)



2.3.4 Metode Delft Series Data uji model pada seri Delft telah diekstrapolasikan ke panjang kapal pesiar sekitar 10,0 m. Ekstrapolasi ini tidak menggunakan faktor bentuk (1 + k), karena diukur faktor bentuk menggunakan teknik Prohaska, dan tidak ada cara yang dapat diterima untuk menghitung faktor bentuk dari geometri lambung kapal. Faktor bentuk mungkin lebih besar dari yang diukur untuk seri Delft. Itu Resistansi kental total dengan demikian dianggap diberikan oleh resistansi gesekan lambung, dimana : RFh = ½.ρ.Sc.V.CF …........................................ (2.15)



dimana CF adalah koefisien gesekan kulit dengan menggunakan garis ekstrapolasi ITTC1957 di bilangan Reynolds ditentukan dengan menggunakan panjang referensi 0.7LWL. SC adalah Permukaan permukaan membasahi badan kapal atau lambung dengan kecepatan nol, yang jika tidak diketahui. Dari perhitungan hidrostatik, dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan diatas.



2.3.5 Metode Van Ootmersen



11



Metode ini berguna untuk memperkirakan daya tahan kapal-kapal kecil seperti astrawler dan kapal tunda. Dalam metode ini, derivasi formula oleh G. Van Ootmerssen didasarkan pada daya tahan dan propulsi kapal sebagai fungsi bilangan Froude dan bilangan Reynolds. Perhitungan metode ini hampir sama dengan metode-metode diatas, hanya saja terdapat perbedaan sebagai berikut :  Resisten Residu Rr = Rr/∆ x (∇ x ρ x g) ................................... (2.16)  Rf Rf = (Cf + ∆ Cf) x 1/2 ρ S V2................................. (2.17)  Luas permukaan bidang basah (S) S = 3,223∇2/3 + 0,5402Ld∇1/3..................................(2.18)



2.5.6 Metode Series 60 Series 60 dikembangkan di Amerika Serikat selama tahun 1950-an. Sebuah presentasi baru diajukan oleh Lackenby dan Milton dan sebuah regresi. Analisis data dilakukan oleh sabit. Sebagai contoh dari body plan seri ditunjukan pada gambar dibawah ini dan rangkaian ini mencakup rentang kecepatan dan parameter lambung.



(Gambar 2.4)



12



Di metode ini sebenarnya ada tabel khusus yang menjelaskan antara parameter L/B, B/T, Cb, Cp dll dengan nilai Koefisien dari Series 60 itu sendiri, dari tabel tsb dirumuskan beberapa formula sebagai berikut : ∇



Denny Mumrod : S = 1,7 LT 𝑇 ................................ (2.19) Froude : S = 3,4 ∇ 2/3 + 0,485 L. ∇1/3 Taylor : S = Cs √∇. L Cp = Cb/Cm Cm = 0,80 + 0,21.Cb



Untuk formula komponen-komponen yang lain sama dengan metode-metode pada umumnya.



13



BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Resistance adalah kekuatan yang diatasi oleh kapal saat bergerak melalui fluida, Resistance biasanya di notasikan dengan Rt yang artinya hambatan total. Komponen-komponen resistance secara umum adalah Tahanan Gesek (Rf), Tahanan Sisa (Rr), Tahanan Viskos (Rv), Tahanan Tekanan (Rp),



Tahanan



Tekanan Viskos (Rpv), Tahanan Gelombang / Wavemaking Resistance (Rw), dan Tahanan Semprotan / Spray resistance (Rs). Untuk mengetahui hambatan pada kapal terdapat beberapa metode yakni metode murni perhitungan matematik seperti Holtrop & Mannen, metode tabel atau grafik seperti Yamagata, serta Eksperimen seperti yang di lakukan di Towing Tank.



14



DAFTAR PUSTAKA Adji, Surjo W. 2009. “Resistance and Propulsion”. Surabaya : ITS Anthony F, Molland. 2011. “Ship Resistance and Propulsion”. USA : British Library Todd, F.H. (1966). “Resistance and Propulsion”. Chapter VII Principles of Naval Architecture (Revised). The Society of Naval Architects and Marine Engineers, New York. Watson, D.G.M. 1998. “Practical Ship Design”. Oxford : Elsevier



15