## ANALISIS PENGARUH TEBAL PELAT WELDING REPAIR PADA KEMUDI
KAPAL ( RUDDER ) TERHADAP EFEKTIVITAS MANUVER KAPAL DENGAN

## PENDEKATAN FLUID DYNAMICS
Anggra Fiveriati 1* , Yeddid Yonathan Eka Darma 1 , Vinda Puspasari 1
1 Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Banyuwangi  Jl. Raya Jember Km 13 Banyuwangi
Email: *anggrafiveriati@poliwangi.ac.id

## ABSTRACT
Maneuverability kapal adalah kemampuan kapal berputar maupun berubah  arah  di  semua   kondisi perairan,    ketika rudder (kemudi)  berputar  membentuk  sudut  tertentu  maka  ada  perubahan tekanan,  kecepatan  dan  arah  aliran  fluida,  hal  inilah  yang  menyebabkan  perubahan  arah kapal.Pada  saat  kapal  berlayar  memungkinkan  kapal  terkena  hantaman  karang  sehingga menyebabkan  kemudi  kapal  retak  atau  pecah  karena  hantaman  karang  tersebut  pada  saat  itu kemudi kapal ( rudder ) memerlukan reparasi.
Reparasi pada  kemudi kapal biasanya dilakukan pada daun dan tongkat kemudi, salah satu proses reparasinya  adalah  dengan  cara  di  las,  namun  jika rudder tersebut  mengalami  proses  reparasi berkali-kali  akan  menimbulkan  perubahan  metalurgi  material  karena  perlakuan  panas  berlebihan. Pada proses reparasi rudder, plat baru yang digunakan untuk mereparasi maksimal selisinya adalah 1 mm dengan plat  yang  lama dan bagian sisi belakang rudder mengalami beban yang lebih besar karena  pada  bagian  ini  distribusi  aliran  mengalami  penumpukan  dari  bagian  depan rudder .  Hasil penelitian ini rudder yang mengalami reparasi mengalami kenaikan sebesar 16%-18% drag dan lift force, semakin cepat kapal berjalan maka nilai drag dan lift force nya semakin besar sehingga daya hambatnya juga semakin besar
Keywords: Rudder, Manuever, Repair

## PENDAHULUAN
Maneuvering kapal  adalah  kemampuan olah  gerak  kapal  berbelok  dan  berputar  saat beroperasi,  performa  ini  sangat  menentukan keselamatan kapal, khususnya saat kapal beroperasi di perairan terbatas.
IMO ( International  Maritime  Organisation )  telah mensyaratkan sejumlah kriteria standar keselamatan  yang  harus  dipenuhi  oleh  sebuah kapal,  diantaranya  adalah turning  circle dan zigzag  maneuver (IMO,  2002).  Secara  prinsip maneuvering kapal  sangat  dipengaruhi  oleh perancangan  badan  kapal  (lambung),  sistem propulsi  (propeler)  dan  sistem  kemudi  (daun kemudi).  Sejumlah  elemen  tersebut  secara langsung  memberi  pengaruh  yang  signifikan terhadap  gaya  dan  momen  hidrodinamika  pada saat kapal manuver (Maimun et al ., 2004).
Kapal      dituntut      harus      mempunyai maneuverability yang      baik      untuk  menjamin kelancaran dan keselamatan kapal dalam pengoperasian  dan  pelayarannya.  Kapal  dengan maneuverability yang    baik    akan    bisa terhindar dari   kecelakaan   atau  tabrakan  dengan benda  atau  objek  yang  ada  di  sekitarnya  serta meningkatkan kemampuan kapal dalam
melakukan  pekerjaannya  seperti  pengejaran  dan penyergapan  kapal  musuh.  Untuk  mendapatkan maneuverability yang  baik,  maka  perencanaan pembangunan    kapal    harus    baik,  mulai          dari desain      badan      kapal,   sistem propeller dan sistem rudder (Hermansyah, 2007).
Pada  saat  kapal  berlayar  memungkinkan kapal terkena hantaman karang sehingga menyebabkan  kemudi  kapal  retak  atau  pecah karena  hantaman  karang  tersebut,  pada  saat  itu kemudi  kapal  memerlukan  reparasi.  Reparasi pada  kemudi  kapal  biasanya  dilakukan  pada daun  dan  tongkat  kemudi,  pada  saat  reparasi hal  yang  perlu  di  perhatikan  adalah  ukuran kemudi  dari  kapal  tersebut,  ukuran  kemudi  tidak boleh  terlalu  besar  atau  terlalu  kecil.  Bila  terlalu besar  mengakitbatkan  hambatan,  tetapi  kalau terlalu  kecil  mengakibatkan  kapal  kehilangan kendali.  Besarnya  kemudi  disesuaikan  dengan ukuran  kapal,  kecepatan,  bentuk  lambung  kapal dan penenempatannya. Salah satu proses reparasinya adalah dengan cara di las, namun jika rudder  tersebut  mengalami  proses  reparasi berkali-kali  akan  menimbulkan    perubahan metalurgi  material  karena  perlakuan  panas berlebihan.
Aliran  fluida  pada  lambung  kapal  yang tercelup  air  sebelum  mengenai  daun  kemudi pada   dasarnya   adalah   simetris.    Arah    kapal tidak    berubah    karena  aliran  yang  dihasilkan saling  menyeimbangkan  satu  sama  lain.  Oleh karena  itu untuk  merubah  arah  kapal  dibutuhkan gaya tambahan, yaitu gaya pada daun kemudi.
Dengan  adanya  daun  kemudi yang membentuk  arah  fluida  dengan  sudut  α  pada kecepatan  yang  konstan  maka  muncullah  gaya pada  daun  kemudi  yang  tidak  simetris.  Gaya  ini disebut gaya kemudi, gaya inilah yang menyebabkan  perubahan  arah  haluan  kapal. Gaya  kemudi  merupakan  resultan  dari drag force dan lift force .
Macam-macam profil r udder (BKI Vol. II, 2009)
Gaya bekerja pada rudder (Principles of  Naval Architecture Volume II- Propulsion, 1988)
Istilah lift digunakan  pada  analisa  gaya ke  atas  suatu foil  aerodynamic ,  maka  dari  itu dinamakan   gaya lift (angkat)   sebab  umumnya foil    aerodynamic digunakan  untuk  mengangkat pesawat.  Namun  istilah lift force  juga  digunakan pada  menganalisa  gaya  suatu foil kemudi  untuk membelokkan kapal  ke  arah samping. Sedangkan drag  force merupakan  gaya  pada  kemudi  yang arahnya berlawanan dengan arah laju kapal.
Besarnya lift  force dan drag  force yang
terjadi dapat dirumuskan sebagai berikut
METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan hambatan yang diterima pada  daun  kemudi  sebelum  dan  sesudah  di reparasi dengan menggunakan simulasi CFD..  Untuk  proses  penyusunan  penelitian ini  data–data  dari  objek  penelitian  terbagi menjadi beberapa tahap antara lain : Studi Lapangan Dalam penelitian  ini perlu dilakukan studi
lapangan  yang  bertujuan  untuk  melengkapi kebutuhan  data  untuk  pengerjaan  penelitian  ini, adapun studi lapangan tersebut antara lain Pengambilan Data Penelitian Studi lapangan dilakukan secara langsung dan wawancara, diantaranya : 1. Data Primer
2. Data Sekunder

## Studi Literatur
Dasar – dasar teori dan referensi yang dijadikan untuk pengolahan data dan membahas data – data penelitian antara lain: 1. Bentuk aliran fluida 2. Boundary layer
3. Teori mekanika fluida

## Pembuatan Desain Model
Dari  data  awal  yang  telah  diambil, kemudian  dilakukan  pembuatan  model  dengan menggunakan  program  delftship,  agar  dapat dimodelkan  dengan  menggunakan  prodram  CFD maka  perlu  diexport  dengan  file  berexstention IGES, pembuatan model dan simulasi di software CFD meliputi tahapan proses :
1. Pre  processor : input karekteristik  fluida disekitar model dan kondisi batas ( boundary condition ) dari model.
2. Flow  solver :  (meliputi  eksekusi  dan iterasi
(running) simulasi terhadap model
berdasarkan input yang diberikan pada tahap pre processor ). Post  processor (meliputi  penampilan output data  dan  visualisasi  dari  hasil running simulasi).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Langkah  awal  yang  dilakukan  pada  tahap ini  adalah  membuat  model  rudder  yang  akan diteliti  yaitu  rudder  tipe  NACA  002,  setelah dibuatkan  model  maka  di  validasi.  Validasi  yang digunakan      adalah      dengan      membandingkan nilai    yang    didapat     dari perhitungan software dengan  nilai  yang  didapat  dari  perhitungan manual  berdasarkan  persamaan  pada  buku Principles  of  Naval  Architecture  Volume II  - Propulsion yang  telah  dibahas  pada  bab sebelumnya.  Validasi  dinyatakan  memenuhi apabila selisih antara nilai berdasarkan perhitungan software dan  persamaan  tidak  lebih dari 5%.
Pada  pengujian  ini  ada  3  variasi,  pada variasi  1  adalah rudder yang  masih  baru  belum direpair,  variasi  2  adalah rudder yang  di  repair dengan perbedaan tebal pelat 0.1mm  dengan plat lama  dan  variasi  2  dengan  perbedaan  ketebalan plat  0.5mm  didapatkan  nilai lift  force dan drag force .
Gambar.1 Setup simulasi untuk validasi s oftware
Berdasarkan  kondisi  yang  dibuat  seperti gambar  1,  maka  hasil  simulasi  yang  didapat menunjukkan  bahwa  sisi rudder yang  terkena aliran  fluida  terlebih  dahulu  (sisi  kiri)  mendapat gaya  yang  lebih  besar  dari  sisi  sebaliknya  (sisi kanan)  yang  membelakangi  laju  aliran  fluida. Seperti  terlihat  pada  gambar  5.5  sisi  kiri  rudder menerima  beban  gaya  x  ( drag  force )  dengan nilai  maksimal    5334  N  sedangkan  pada  sisi kanan  menerima  beban  gaya  x  dengan  nilai maksimal  1279  N.  Hal  yang  sama  juga  terjadi pada  beban  gaya  y  ( lift  force )  yakni  sisi  kiri rudder menerima  gaya    yang    lebih    besar dengan  nilai   maksimal  6491  N  sedangkan  sisi kanan  menerima  beban  gaya  y  dengan  nilai
maksimal  1139  N  seperti  yang  terlihat  pada gambar 2

## Gambar  2  Drag force pada rudder

## Gambar 3 Lift force pada rudder
Berdasarkan  persamaan  yang  didapat  dari buku Principles of Naval Architecture Volume II – Propulsion ,    nilai    yang    diapakai    untuk menghitung  perbandingan antara drag  force dan lift  force adalah
nilai  dari  masing-masing  total  gaya  yang ada  pada rudder baik  dari drag force maupun lift force .  Untuk  mendapat  nilai  total force  rudder yang  diinginkan  pada software dipilih  menu function  calculator dan  pilih direction x  untuk drag  force dan direction y  untuk lift  force . Berdasarkan  gambar  dapat  dilihat  bahwa  total drag  force  rudder  sebesar  159107  N  sedangkan total lift force rudder sebesar 154624 N.
Berdasarkan persamaan dari buku
Principles  of  Naval  Architecture  Volume  II  – Propulsion
Tan a = 𝑑𝑟𝑎𝑔 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒 𝑙𝑖𝑓𝑡 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 𝑜𝑓 𝑑𝑟𝑎𝑔 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 𝑜𝑓 𝑙𝑖𝑓𝑡
Maka, Berdasarkan perhitungan dengan a = 45 o Tan (45) = 1 Berdasararkan nilai drag force dan lift force yang didapat dari perhitungan software 𝑑𝑟𝑎𝑔 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒
𝑙𝑖𝑓𝑡 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒 = 159107 𝑁
154624 𝑁 = 1.028993

## Selisih antara kedua nilai di atas
1.028993 − 1 1.208993 × 100% = 0.028993 1.208993 = 2.82%
Karena  selisih  antara  kedua  nilai  kurang dari 5% maka validasi software dinyatakan ok.

## Simulasi Kecepatan
Pada  tahapan  ini  model  yang  sudah divalidasi di simulasikan dengan kecepatan aliran air laut 10 knot dan 15 knot, pada gambar 4 dalah countour rudder jika disimulasikan pada kecepatan  aliran  10  knot  dan  kecepatan  15  knot, dapat  dilihat  pernbandingannya.  Semakin  rudder
tersebut  mendapatkan  aliran  kecepatan  yang semakin  cepat  maka  pada  sisi  kanan  rudder mengalami  beban  yang  lebih daripada sisi  bagian kiri
Gambar 4 Countour simulasi kecepatan 10 knot dan 15 knot
ANALISA GAYA LIFT DAN DRAG
Pada  pengujian  ini  ada  3  variasi,  pada variasi  1  adalah rudder yang  masih  baru  belum direpair,  variasi  2  adalah rudder yang  di  repair dengan perbedaan tebal pelat 0.1mm  dengan plat lama  dan  variasi  2  dengan  perbedaan  ketebalan plat  0.5mm  didapatkan  nilai lift  force dan drag force .
Gambar 5 Grafik perbandingan drag force kecepatan 10 knot dan 15 knot
Pada  gambar  5  menunjukkan  bawah  pada saat  rudder  melaju  lebih  cepat  maka  gaya drag pada  rudder  yang  telah  di  repair  mengalami peningkatan  sebesar  16%    ini  berarti  rudder mengalami  gaya  hambatan  yang  lebih  besar sehingga  gaya manuvear nya  lebih  rendah  bila disbanding dengan keceptan 10 knot.
Gambar 6 Grafik perbandingan lift force kecepatan 10 knot dan 15 knot
Pada gambar 6 gaya lift force pada kemudi yang  sudah  mengalami  repair  dengan  kecepatan 15  knot  juga  mengalami  peningkatan  sebesar 18%,  sehingga  gaya manuvear nya  lebih  rendah bila disbanding dengan keceptan 10 knot

## KESIMPULAN
Berdasarkan  analisa  pada  penelitian  ini,  dapat  di simpulkan sebagai berikut :
1. Pada  proses  reparasi  rudder,  plat  baru  yang digunakan  untuk  mereparasi  maksimal selisinya  adalah  1  mm  dengan  plat  yang lama 2. Bagian  sisi  belakang  rudder  mengalami beban  yang  lebih  besar  karena  pada  bagian ini distribusi aliran  mengalami penumpukan dari bagian depan rudder 3. Hasil analisis  menunjukkan bahwa drag dan lift  force mengalami kenaikan sebesar 16%-
18% setelah direparasi
4. Semakin  cepat  kapal  berjalan  maka  nilai drag  dan  lift  force  nya  semakin  besar sehingga  daya  hambatnya  juga  semakin besar

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Lembaga  Pusat  Penelitian  dan  Pengabdian Masyarakat (P3M) Politeknik Negeri Banyuwangi  yang  telah  mengeluarkan  dana penelitian  melalui  program  penelitian  dosen pemula.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Jamali,Arash, 2010, Investigation of propeller characteristics with different locations  of  the  rudder,  Department  of shipping  and  marine  Technology,Chalmer University of Technology :Sweden [2] Biro  Klasifikasi  Indonesia.  2009.  RULES FOR HULL VOLUME II. Jakarta. Carlton, J. 2007. Marine Propellers and Propultion. [3] Hermansyah,  Heru.  2007.  Modifikasi  Daun Kemudi    Konvensional  Menjadi  Daun Kemudi  Ber-Tail  Flap  untuk  Meningkatkan Maneuverability Kapal. Laporan  Tugas
Akhir Jurusan Teknik Perkapalan - FTK ITS. Surabaya.
[4] International  Maritime  Organization.  2002. Standards  for  ship  manoeuvrability:  Report of  the  Maritime  Safety  Committee  on  its seventy-sixth  sessionannex  6  (Resolution MSC.  137(76)).  International  Maritime Organization. London. 113p.
[5] Maimun,  A.,  A.H.  Muhammad,  and  A. Salem.  2004.  Development  of  a  simulation program  for  pusher-barge  manoeuvring. In: Kose,  K.  (ed.).  Proceeding  of  9th  JSPS
Marine  Transportation  Engineering  Seminar, Japan. 1-10pp.
[6] Lewis,  Edward  D.  1988. Principles  of  Naval Architecture  Volume  II .  The  Society  of Naval  Architects  and  Marine  Engineers. Jersey City, USA.
[7] Ridwan,Mohd,  2009,  Perpaduan  Antara
Propeller dan Daun Kemudi Guna Mengoptimalkan  Propulsi  dan  Manuver Kapal  serta  Efisiensi  Bahan  Bakar,D-III Teknik Perkapalan, UNDIP: Semarang