Surjo W. AdjiDept of Marine EngineeringDept. of Marine Engineering

ITS Surabaya

S.W. S.W. AdjiAdji © 2009© 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’ diantarakeduanya. Namun demikian, pada prakteknya Tahanan Kapal dan Propulsi Kapal dibahasterpisah. Tahanan Kapal diaplikasikan untuk mencari kebutuhan Gaya Dorong (Thrust) yangterpisah. Tahanan Kapal diaplikasikan untuk mencari kebutuhan Gaya Dorong (Thrust) yangdibutuhkan oleh kapal, agar kapal dapat bergerak dengan kecepatan dinas (Service Speed) yangsesuai dengan perencanaannya. Sedangkan, pada Propulsi Kapal adalah menekankan padabagaimana menyediakan besarnya Gaya Dorong (Thrust) dari system penggerak kapal, danbagaimana interaksi antara alat gerak kapal tersebut terhadap aliran fluida yang melintasi badanbagaimana interaksi antara alat gerak kapal tersebut terhadap aliran fluida yang melintasi badankapal (Hull).

Ketika badan kapal bergerak melintasi suatu fluida, maka badan kapal tersebut akan mengalamiGaya Hambat yang berlawanan arah terhadap arah gerak kapal. Sebagaimana, badan kapal yangGaya a bat ya g be a a a a a te adap a a ge a apa Sebaga a a, bada apa ya gmelewati 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 airdigerakkan oleh arus air dan massa udara digerakkan oleh angin, yangmana kemungkinannyamempunyai besaran dan arah yang berbeda. Sehingga, Tahanan Kapal (Ship Resistance) awalnyap y y g gg , p ( p ) ydipelajari dalam kondisi air tenang dan tidak ada angin. Baru kemudian, perhitungan tahanankapal tersebut diberikan tambahan dan koreksi terhadap kedua factor tersebut.

2. ALIRAN FLUIDA

Hidrodinamika klasik mengarahkan pada bagaimana bentuk pola aliran fluida yang melintasi suatu bodiseperti yang ditunjukan pada Gambar 1.

Gambar 1 – Aliran Streamline Yang Melintasi Suatu Bodi

Ketika fluida bergerak melintasi bodi, jarak antara streamlines tersebut mengalami perubahan, dankecepatan aliran fluida pun juga mengalami perubahan, hal ini disebabkan aliran massa‐nya didalamstreamlines tersebut adalah konstan. Dan berdasarkan Teorema Bernaulli maka hal ini juga meng‐kaitdengan adanya perubahan tekanan. Untuk suatu streamline yang diberikan tersebut; jika p, ρ, v, dan hd l h T k M J i K t d Ti i t t t d i i d t k d t dif l ikadalah Tekanan, Massa Jenis, Kecepatan, dan Tinggi tertentu dari garis datar; maka dapat diformulasikan,sbb. :

Teori Hidrodinamika sederhana senantiasa bekerja dengan fluida tanpa sifat vikositasnya. Di dalam suatusistem fluida non‐viscous; Suatu bodi yang ditenggelamkan dan digerakkan pada sistem fluida non‐viscoustersebut, maka bodi tersebut tidak mengalami adanya tahanan (resistance). Meskipun fluida tersebut dilaluioleh gerakan bodi, maka kondisi fluida tersebut kembali ke bentuk originalnya setelah dilintasi oleh boditersebut Ada sejumlah gaya‐gaya lokal yang berkerja pada bodi tersebut akan tetapi gaya‐gaya tersebuttersebut. Ada sejumlah gaya gaya lokal yang berkerja pada bodi tersebut, akan tetapi gaya gaya tersebutsaling meniadakan ketika diintegrasikan pada seluruh bodi. Gaya‐gaya lokal tersebut terjadi sebagai akibatterjadinya 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 dariparameter‐parameter non‐dimensional. Dimana angka tersebut dapat meng‐karakteristikan aliran dan gaya‐gaya yang bekerja, hal ini didasari pada sifat‐sifat fluidanya. Sifat‐sifat fisik fluida yang erat hubungannyagaya yang bekerja, hal ini didasari pada sifat sifat fluidanya. Sifat sifat fisik fluida yang erat hubungannyadalam mempelajari tahanan kapal adalah Massa Jenis [ρ], Viskositas [µ], Tekanan Statis Fluida [p]. JikaTahanan Kapal (resistance) adalah [R], Kecepatan adalah [V], dan Panjang adalah [L], maka Tahanan kapaldalam analisa dimensional dapat diekspresikan sebagai berikut,

Sejumlah quantity yang masuk pada ekspresi formulasi tersebut diatas, masih dapat diekspresikan ke bentukfundamental dimensions; Dimensi Waktu [T], Dimensi Massa [M], dan Dimensi Panjang [L]. Sebagai contohTahanan Kapal [R] adalah gaya, sehingga memiliki dimensi fundamental [MLT‐2] dan Massa Jenis [ρ] memilikidimensi [ML‐3] dsb Maka dengan men‐substitusi keseluruhan parameter ke bentuk dimensi fundamental‐dimensi [ML ], 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 dimensifundamental dengan angka pangkat yang diketahui dan yang lainnya dengan angka pangkat yang tidakdiketahui. Untuk persamaan dimensi fundamental dengan angka pangkatnya tidak diketahui, maka dapatdigolongkan 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 iniakan dibahas kemudian) Pada topic Tahanan Kapal yang paling sering digunakan adalah angka Re dan Fnakan dibahas kemudian). Pada topic Tahanan Kapal, yang paling sering digunakan adalah angka Re dan 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 daribodi, 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 dituliskanddengan; 

BEBERAPA CONTOH ALIRAN FLUIDA DARI SUATU SUB‐MERGED BODY (NO WAVE) :

Tipe AliranFluida

ALIRAN FLUIDA – SURFACE