Bahan UAS Hambatan

HAMBATAN KAPAL DI LAUT TENANG

Hambatan Badan Kapal Yang Bergerak Di Fluida Berpermukaan Bebas

•      Badan kapal bila bergerak disuatu fluida berpermukaan bebas pada kondisi tenang tidak terganggu, maka pada saat bergerak akan menimbulkan gelombang sehingga badan kapal akan mengalami hambatan.

•      Dalam ilmu fisika fluida dibagi menjadi :

1.      Fluida ideal/tidak berviskositas

2.      Fluida berviskositas 

Komponen – Komponen Hambatan 

1.      Hambatan gesekan (RF)

•      Ditimbulkan oleh media fluida berviskositas yang ikut terseret badan kapal, sehingga terjadi frictional force.

•      Frictional force berakibat harus keluarnya energi yang terbuang percuma.  

2.      Hambatan gelombang (RW)

•      Hambatan yang timbul akibat bergeraknya kapal.

•      Dapat terjadi meskipun fluidanya ideal (nonviscous)

•      Gaya yang terlibat adalah potential force.

3.      Hambatan tekanan (RP)

•      Gerakan kapal atau benda pada fluida non-ideal (fluida yang berviskositas) akan menimbulkan gaya pressure forces.

4.      Hambatan udara (RA)

•      Bangunan atas kapal (superstructure) yang tinggi dengan bentuk tidak streamline.

5.      Hambatan Apendix (RAPP)

•      Akibat adanya appendages pada lambung kapal di bawah garis air antara lain lunas sayap (bilge keels), penumpu poros propeller, lubang Bow Thruster.

Hambatan kapal yang bergerak di fluida berpermukaan bebas dengan beberapa kondisi

•      Bergerak didalam fluida yakni didalam air jauh dibawah permukaan:

1. Fluida ideal → hambatan total = 0

2. Fluida berviskositas →

hambatan total = hambatan gelombang + hambatan tekanan

•      Bergerak di permukaan bebas (air dan udara):

1. Fluida ideal →

hambatan total = hambatan gelombang + hambatan udara

2. Fluida berviskositas →

hambatan total = hambatan gelombang + hambatan gesekan + hambatan tekanann + hambatan udara

Komponen-komponen hambatan kapal, biasanya digabung menjadi hambatan sisa kapal (RR).

            RR = RW + RP + RA + RAPP

Maka hambatan total kapal (RT)

            RR = RF + RR

dimana: RF = hambatan gesekan

Angka Froude

•      Angka Fr dapat menjadi tolak ukur dalam menentukan jenis kapal apakah dalam kategori kapal cepat dan kapal non-cepat yang tentunya pemilihan koefisien bentuk kapal dalam perancangan.

•      Angka Fr tinggi akan masuk kategori kapal cepat, sedangkan bila nilai Fr rendah, maka kapal tersebut masuk dalam kategori kapal non-cepat.

•      Untuk kapal cepat, hambatan yang dominan adalah hambatan gelombang Rw sehingga RR > RF.

•      Untuk kapal non-cepat hambatan yang dominan adalah hambatan gerekan RF sehingga  pada komposisi RT, RF > RR

•      Angka Fr dan angka Rn juga terkait dengan komponen-komponen hambatan kapal, yakni Rn terkait dengan komponen hambatan gesekan, sedangkan Fr terkait dengan hambatan gelombang atau hambatan sisa.

Fr ideal

•    0 – 0.18             à kapal Non-cepat

•    0.20 – 0.23        à kapal sedang

•    0.30 – 0.35        à kapal cepat

•    > 0.5                  à kapal super cepat

Tahanan Gesek

Tahanan Gesek adalah komponen tahanan yang diperoleh dengan jalan mengintegralkan tegangan tangensial ke seluruh permukaan basah kapal menurut arah gerak kapal.

Kecepatan lapisan yang berjarak y adalah : U = V

Untuk mempertahankan gerakan, harus ada gaya F yang bekerja pada pelat yang bergerak, didapatkan bahwa :  F =

Dengan meninjau elemen kecilnya maka tegangan gesernya :

Aliran Laminar dan Turbulence

Gambar Aliran Laminar dan Turbulence :

Faktor Penentu :

           Fluida, Kecepatan, Bentuk dan ukuran benda yang basah, kedalaman air, Viskositas.

Laminar (R_n < 10⁵) ------à Transisi (10^{5 <}R_n <10⁶) -----à Turbulence (R_n > 10⁶)

Lapisan Batas

•      Merupakan daerah fluida dekat dengan benda padat

•      Berikut ini adalah gambar Lapisan batas di sepanjang   permukaan bidang :

Momentum yang hilang persatuan waktu harus sama dengan tahanan yang dialami pelat tersebut.

·         Tegangan Geser : = )₀

·         Tegangan Gesek : Rf = Cf (0.5

Variasi kecepatan di dalam lapisan batas

Distribusi kecepatan di dalam lapisan batas

Aliran di sekeliling silinder bundar

Pemisahan

Terpisahnya aliran utama dari permukaan benda pejal yang disebabkan adanya gradien tekanan longitudinal yang melawan, kadang-kadang karena adanya perubahan mendadak pada arah kurvatur permukaan.

Koefisien Tahanan Gesek

•    Komponen tahanan yang diperoleh dengan cara mengintegral tegangan tangensial ke seluruh permukaan basah kapal menurut arah gerakan kapal.

•    Menurut ICSTS th.1932 merekomendasikan formula untuk hambatan gesek kapal sbb :

                        R_F = (g/1000).g.l.S.V^{1.825                  (kg)}

^{l (..) didapat dari tabel nilai antara L dan l  berikut :}

 

•    Pada th. 1957 ICSTS >>> ITTC kemudian memutuskan untuk menyeragamkan formulasi C_F dan masih dipakai sampai sekarang.

                                     C_F = 0.075/(log₁₀ R_n-2)²

HUKUM KESAMAAN

TUJUAN : Untuk menghitung besarnya harga hambatan total kapal untuk ukuran & bentuk badan yang diketahui.

METODE :Menggunakan perbandingan kapal model yang terbuat dari kayu dengan ukuran lebih kecil dan ditaruh di tangki dengan fluida air tawar dengan kapal sesungguhnya.

Harus memenuhi persyaratan kesamaan-kesamaan yang harus dipenuhi, yaitu :

–     Kesamaan geometris

–     Kesamaan kinematis

–     Kesamaan dinamis

1.   Kesamaan geometris

·         Yang ditinjau adalah harus dipenuhinya secara alamiah baik kesamaan bentuk maupun kondisi permukaan luar dari kedua benda tsb.

·         Hasil perhitungan percobaan model harus ditambah angka koreksi.

·         Permukaan air di tangki harus sama dengan permukaan laut. Dipakai kondisi tenang.

2.   Kesamaan kinematis

Percobaan dengan memperhatikan gerakan-gerakan partikel fluida yang menyelubungi model dan kapal sesungguhnya harus sama.

·      Persyaratan :

–     Perbandingan kecepatan pada setiap dua titik di lambung model harus sama dengan perbandingan kecepatan dari dua titik pada lambung kapal.

·         Metode :

–     Model baling-baling dipasang di model badan kapal sehingga model seolah-olah dapat berjalan sendiri.

3.   Kesamaan dinamis

Percobaan dengan memperhatikan gaya-gaya yang terjadi, yaitu :

·         Gaya-gaya inersia

·         Gaya-gaya tekanan

·         Gaya-gaya gravitasi

·         Gaya-gaya viskositas

Untuk memperoleh hubungan gaya-gaya yang bekerja pada model dengan kapal sebenarnya dipakai hukum kesamaan dasar. Yaitu :

·         Hukum kesamaan dasar Newton

·         Hukum kesamaan Froud

·         Hukum kesamaan Reynold

Hukum kesamaan dasar Newton

•    Perbandingan harga tiap gaya yang bekerja di titik-titik yang sama pada benda-benda yang berbentuk sama yang berada dalam aliran fluida yang sama, besarnya harus sama.

•    [Fi/Fg]_kapal = [Fi/Fg]_model è Fi_s/Fi_m = Fg_s/Fg_m

         begitu juga perbandingan gaya-gaya yang lain.

Hukum kesamaan Froud

•    berdasarkan hukum Newton, maka didapat :

     - Øi = Øg = Øp

     - Øg = Øi èδ . λ³ . ζ = δ . λ λ² . ε²

       ε² = λ . ζ è (V_s²/V_m²)=(L_s/L_m).(g_s/g_m)

                                   V_m/ √(g_m.L_m)= V_s/ √(g_s.L_s)

     dimana Fr = V/√(g.L)

     sehingga didapat Frs = Frm

     dari uraian diatas menjadi dasar dari Hukum kesamaan froud.

Hukum kesamaan Reynold

Bila kapal dan modelnya geometris sama dan memiliki angka Reynold Rn sama (V_m= λ.(V_m/V_s).V_s), bergerak di fluida berviskositas dengan lokasi jauh di bawah permukaan sehingga tidak menimbulkan gelombang (gravitasi diabaikan), maka gaya-gaya yang bekerja pada model dapat dikonversi dengan skala gaya yang korespon menjadi masing-masing gaya sjenis pada kapal sebenarnya.

PENGARUH BENTUK BADAN KAPAL

1.      Hal-hal yang Mempengaruhi R_gesek

·         Panjang Kapal (L)

·         Kecepatan (V)

·         Sifat-sifat fluida yang dilewati

·         Luas permukaan basah

·         Panjang Kapal

Semakin panjang kapal, hambatan gelombang berkurang jika displacement sama

·         Kecepatan

Semakin cepat kapal, nilai hambatan gesek akan semakin besar.

·         Sifat fluida yang dilewati

·         Luas permukaan basah (S)

  Makin besar S, hambatan gesek akan semakin besar

2.      Hal-hal yang Mempengaruhi R_sisa

·        Sudut masuk dan keluar dari Garis Air

·        Parallel middle body

·        Haluan dengan bullbous bow

·        Gembung buritan (stern bulb)

·        Bentuk buritan kapal

Propeller

Bagian -  Bagian Propeller

·      Hub : Solid cylinder, terletak di center propeller

·      Keyway : Berfungsi sebagai pengunci

·      Blade : Daun propeller

·      Blade Face : Sisi daun yang bertekanan tinggi

·      Blade Back : Sisi daun yang bertekanan rendah

·      Blade root : pangkal daun

·      Leading Edge : Bagian tepi dari daun propeller yang berdekatan dengan bagian depan Hub

·         Trailing Edge : Bagian tepi dari daun propeller yang berdekatan dengan bagian belakang hub

Basic Characteristic

a.      Diameter : Thrust Delivered

b.      RPM

c.       Pitch : jarak tempuh dalam 1 putaran

Other Basic :

·         Rake : Pemberian Ketidaksimetrisan pada Daun Baling-baling secara memanjang

·         Skew : Pemberian Ketidaksimetrisan pada Daun Baling-baling secara melintang

·         Cup : lekukan kecil di trailing edge, yang dapat mengurangi ventilasi dan slip.

·         Slip : Perbedaan antara actual dan teory

Mencari efisiensi propeller

•    Dengan menggunakan diagram Approximate Efficiency vs Slip

 

Menghitung slip :

Slip A = (P/12xRPM)-(Ktsx101.3) / (P/12xRPM)

Where,                

P = Ktsx1215.6 / RPMx(1-Slip A)

                             Slip A  = Apparent slip

                                P      =  Propeller face pitch dalam inches

                             Kts      =  Kecepatan kapal ( V ) dalam knots

                             RPM   = Revolutions per minute pada propeller

Lalu tentukan pitch rasio nya (0.75, 1.00, 1.25, 1.50)

Tarik garis dari sumbu x (slip) ke garis pitch rasio, setelah berpotongan tarik garis ke sumbu y (efisiensi).

Jumlah Propeller dan Blade

jumlah daun propeller ditentukan oleh nilai Kd dan Kn, dengan ketentuan sebagai berikut:

·         bila Kd ³ 2  dan,

·         bila Kn ³ 1

maka daun propeller berjumlah 3.  Tetapi bila kedua nilai tersebut lebih kecil dari ketentuan, maka daun propeller berjumlah 4.

Untuk kapal rancangan :

 Kd =         dan              Kn =

D = diameter propeller

Va = Kecepatan masuk air dalam Propeller

      = (1 – ψ) x Vs                  dengan ψ (arus ikut) = (0.5 x Cb) – 0.05

Jumlah Propeller ditentukan oleh factor :

·         Luas ruang mesin

·         Sarat kapal (T), jika berlayar untuk laut dangkal sedangkan tenaga yang dibutuhkan besar, maka diameter propellernya kecil dan jumlahnya lebih dari satu.

Read Full story