bab-6 kesimpulan - digilib.its.ac.iddigilib.its.ac.id/public/its-phd-21747-conclusionpdf.pdf ·...
TRANSCRIPT
277
BAB-6
KESIMPULAN
6.1. Umum
Komponen hambatan lambung kapal katamaran memiliki fenomena yang
lebih kompleks dibanding dengan monohull, sebab adanya pengaruh interferensi
dan interaksi diantara dua lambung katamaran. Interferensi hambatan tersebut
terdiri atas dua klasifikasi yaitu interferensi hambatan viskos dan interferensi
hambatan gelombang. Interferensi hambatan viskos diakibatkan oleh terjadinya
perubahan tekanan di sekitar kedua lambung (demihull) yang dinotasikan dengan
ø dan perubahan kecepatan aliran di antara lambung katamaran yang dinotasikan
dengan σ. Sedangkan interferensi hambatan gelombang (τ) disebabkan oleh
terjadinya perubahan pola elevasi gelombang di antara lambung katamaran akibat
pertemuan dua moda gelombang dari depan (bow) hingga kebelakang (stern)
lambung.
6.2. Interferensi Komponen Hambatan
Pengaruh interferensi dan interaksi di antara dua lambung kapal
mengakibatkan aliran air disekitar lambung (demihull) yang simetris menjadi
tidak simetris akibat besar tekanan dan kecepatan aliran yang terjadi disekitar
lambung relatif tidak sama terhadap garis tengah (centerline) lambung. Usikan
kecepatan aliran disekitar lambung (demihull) meningkat pada area bagian dalam
(antara lambung) sehingga merubah struktur lapisan batas (boundary layer) dan
luas bidang basah lambung. Perubahan fisik struktur lapisan batas (boundary
layer) dan luas bidang basah lambung tersebut menyebabkan hambatan gesek
(skin friction) bertambah/ berkurang yang kemudian dapat merubah nilai form
factor. Sedangkan pengaruh interfensi dan interaksi gelombang sebagai akibat
pertemuan dua sistim gelombang dari depan lambung menimbulkan perubahan
tekanan sekitar lambung bagian dalam. Pola sistim gelombang dari depan (bow)
dari kedua lambung bertemu di garis tengah terowongan (antara lambung) dan
superposisi dari dua sistim gelombang tersebut akan menimbulkan ketinggian
278
elevasi gelombang tidak stabil, yang kemudian menimbulkan gelombang pecah
pada kecepatan tertentu.
6.3. Perbedaan Hasil Eksperimen dan Numerik
Hasil simulasi CFD-Ansys CFX dan eksperiment (towing tank)
menunjukkan perbedaan nilai komponen hambatan yang relatif kecil, rata-rata
3%. Sedangkan hasil eksperimen di wind tunnel dan di towing tank untuk viscous
form factor menunjukkan kosistensi yang sangat akurat. Sedangkan perbedaan
hasil komputasi slender body method dan eksperimen (towing tank) menujukkan
perbedaan yang siknifikan yakni sekitar 25%, khususnya pada bilangan Froude Fr
0.4 – 0.5. Hal tersebut disebabkan karena data ampiltudo gelombang untuk
menghitung hambatan gelombang tidak memperhitungkan efek transom stern,
spray dan wave breaking. Bila komponen hambatan akibat transom stern, spray
dan wave breaking dimasukkan (diperhitungkan) maka perbedaan hasil komputasi
slender body method dan eksperimen (towing tank) relative sangat kecil.
6.4. Pengaruh Bentuk Konfigurasi Lambung (symmetrical dan
asymmetrical) Katamaran
Hasil perhitungan numerik dan eksperimen menunjukkan bahwa
perubahan jarak antara lambung adalah sangat siknifikan, baik untuk bentuk
lambung katamaran yang simetris maupun yang tidak simetris.Kemudian
koefisien hambatan total untuk lambung tak simetris lebih kecil dari pada
lambung simetris. Secara rinci, diuraikan sebagai berikut:
6.4.1. Konfigurasi Jarak Lambung Secara Melintang (S/L)
• Koefisien hambatan total (CT) untuk lambung simetris lebih besar,
khususnya pada bilangan Froude 0.4 – 0.6. Hasil eksperimen
memperlihatkan bahwa semakin kecil jarak antara lambung katamaran
(S/L) maka semakin besar hambatan yang terjadi. Fenomena ini timbul
karena adanya efek interaksi viskos dan gelombang diantara kedua
lambung tersebut. Namun dengan jarak dan kecepatan tertentu, efek
279
interaksi gelombang dapat negatif (menguntungkan) dimana hambatan
gelombang yang ditimbulkan menjadi lebih kecil.
• Hambatan lambung katamaran, baik yang simetris dan tidak simetris,
lebih kecil dari pada hambatan 2 kali demihull pada bilangan Froude >
0.5, karena pada kondisi tersebut luas bidang basah lambung menurun
dimana gaya angkat pada lambung mulai terjadi. Sedangkan pada Fr <
0.5, untuk lambung katamaran simetris memperlihatkan hambatan yang
lebih besar dari pada 2 kali hambatan demihull untuk jarak lambung
(S/L) yang diuji.
6.4.2. Konfigurasi Jarak Lambung Secara Memanjang (R/L)
• Hasil eksperimen mengindikasikan bahwa konfigurasi lambung
katamaran yang tidak sejajar (staggered catamaran) memberikan
hambatan yang lebih kecil dibanding konfigurasi lambung katamaran
yang sejajar (unstaggered catamaran). Hal ini terjadi karena adanya
interferensi gelombang yang lebih besar akibat formasi pertemuan dua
moda gelombang yang saling menguatkan dari depan pada kasus
konfigurasi lambung katamaran yang sejajar (unstaggered catamaran).
• Pengaruh konfigurasi lambung secara membujur (R/L) lebih siknifikan
terjadi pada lambung simetris dibanding lambung tidak simetris,
dimana hasil eksperimen di towing tank menunjukkan bahwa fluktuasi
interferensi komponen hambatan asymmetrical staggered catamaran
lebih kecil dibanding dengan symmetrical staggered catamaran.
• Pengaruh perubahan jarak lambung secara membujur (R/L) terhadap
hambatan terlihat sangat siknifikan pada Fr < 0.55 dan kemudian
pengaruh (R/L) tersebut relatif lebih kecil pada Fr> 0.55.
6.5. Faktor (Koefisien) Interferensi Komponen Hambatan
• Form factor (1+βk) untuk lambung katamaran lebih besar 10% (untuk
lambung simetris) dan 5% (untuk lambung tidak simetris) dari pada
form factor (1+k) untuk demihull (monohull). Hal tersebut
280
mengindikasikan adanya pengaruh interaksi dan interferensi viskos
terhadap jarak antara lambung (S/L). Semakin besar rasio S/L, maka
semakin kecil interferensi viskos β.
• Faktor interferensi hambatan gelombang (τ) bervariasi terhadap S/L,
dimana nilai τ semakin kecil dengan membesarnya perubahan jarak
antara lambung (S/L). Hal tersebut diakibatkan oleh ketinggian elevasi
gelombang yang semakin kecil pada area antara lambung dengan
semakin besarnya jarak antara lambung.
• Dari pengamatan selama pengujian model di towing tank, terlihat
bahwa tinggi elevasi gelombang di antara kedua lambung (demihull)
pada kecepatan rendah memperlihatkan gelombang timbul akibat
terjadinya distorsi dua sistim gelombang di permukaan yang berasal
dari depan (bow) lambung kapal. Bila kecepatan bertambah, gelombang
depan dari masing-masing demihull bertemu ditengah (centerline)
lambung katamaran yang membentuk dua atau tiga bukit (cups)
gelombang yang bergerak kearah belakang dengan makin
meningkatnya kecepatan (atau makin melebarnya jarak antara
lambung). Pada kecepatan kritis, tinggi bukit gelombang yang pertama
mencapai ketidak stabilan dan mulai pecah dengan semakin
bertambahnya kecepatan.
• Perubahan elevasi gelombang (wave pattern) diantara kedua lambung
katamaran adalah cukup kecil dan cenderung konstan pada kecepatan
rendah (Fn= 0.18). Sedangkan pada kecepatan yang lebih tinggi (Fn=
0.375 dan Fn= 0.65), terjadi fluktuasi perubahan ketinggian interaksi
gelombang yang cukup siknifikan.
• Interferensi total hambatan memberikan kontribusi positif, dimana total
hambatan lambung katamaran relatif kecil, pada Fr > 0.5 untuk rasio
S/L (hull clearance) dan pada Fr= 0.4 – 0.55 untuk rasio R/L (hull
stagger).
281
6.6. Persamaan Faktor (Koefisien) Interferensi Komponen Hambatan
• Persamaan Molland’s form factor untuk menghitung hambatan viskos
pada lambung katamaran dikembangkan berdasarkan hasil eksperimen
menjadi persamaan: ( ) 65.040.03/1 )/(016.0)/(03.31 −− +=+ LSVLkβ . Dengan
meng-aplikasikan persamaan (proposed equation) tersebut, nilai viscous
form factor mendekati hasil eksperimen dengan error yang sangat kecil
yakni < 0.06%.
• Dari hasil kajian numerik dan eksperimen, faktor interferensi komponen
hambatan (ø, σ dan τ) dapat diketahui bentuk persamaanya (melalui
analisa regresi), dimana:
- Interferensi komponen hambatan gelombang bergantung pada
Froude number:
τ = 0.068 (S/L) -1.38 (pada Fr= 0.19)
τ = 0.359 (S/L) -0.87 (pada Fr= 0.28)
τ = 0.574 (S/L) -0.33 (pada Fr= 0.37)
τ = 0.790 (S/L) -0.14 (pada Fr= 0.47)
τ = 0.504 (S/L) -0.31 (pada Fr= 0.56)
τ = 0.501 (S/L) -0.18 (pada Fr= 0.65)
- Interferensi komponen hambatan viskos akibat perubahan kecepatan
aliran:
σ = 1.008 e -3 (S/L)
dan interferensi komponen hambatan viskos akibat perubahan
tekanan:
ø = 0.00006 (S/L)+0.998
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memperkaya dan memperkuat data
base untuk tujuan saintifik (scientifics) dalam mempresentasikan pengaruh
interferensi komponen hambatan viskos dan gelombang pada lambung (demihull)
kapal katamaran dan selanjutnya dapat diaplikasikan secara lansung dalam
282
perhitungan hambatan yang digunakan untuk penentuan tenaga mesin kapal
katamaran pada tahapan desain (preliminary design).