Abstrak ----Pemakaian  kapal  sebagai  sarana  distribusi LNG  ke  berbagai  wilayah  merupakan  salah  satu  cara  yang menguntungkan  dan  efisien.  Penggunaan  kapal  sebagai sarana  distribusi  LNG  membuat  hal-hal  yang  berhubungan dengan  tangki  kapal  menjadi  menarik  untuk  diteliti.  Salah satu  yang  paling  banyak  diteliti  adalah  fenomena sloshing . Simulasi  gerakan fluida pada  tanki  dilakukan  dalam time- domain .  Gelombang  pada  saat  kapal  berlayar  di  laut  tidak dapat  diprediksi  dengan  akurat.  Gelombang  yang  datang dengan  sudut  hadap  90 o ( beam  sea )  dapat  menimbulkan gerakan rolling yang  sangat  berpengaruh  pada  gerakan fluida di  dalam  tangki  atau  sering  disebut  fenomena sloshing .  Gerakan fluida ini  menimbulkan  gaya  berupa tekanan  pada  dinding  tangki  berupa dynamic  pressure . Tangki jenis membrane banyak digunakan pada kapal LNG. Sehingga,  banyak  penelitian  yang  berkaitan  dengan  tangki membrane.  Tangki  membrane  dimodelkan  3D  dengan menggunakan software  maxsurf yang  berukuran  panjang 32.46  m,  tinggi  27.32  m  dengan  lebar  moulded  belakang 39.17  m,  lebar  belakang  bagian  bawah  31.29  m,  lebar belakang bagian atas 31.29 m. lebar moulded depan 39.17 m, lebar depan bagian bawah 31.29 m, lebar depan bagian atas 31.29  m.  Volume  cairan  LNG  divariasikan  dengan  3  (tiga) ketinggian  yaitu  ketinggian  cairan  30%  dari  tinggi  tangki, 50%  dari  tinggi  tangki,  dan  80%  tinggi  tanki.  Analisa dilakukan  dengan  menggunakan software  Ansys  Fluent dengan  metode Computational  Fluid  Dynamic (CFD).  Dari hasil  analisa  dengan ansys  fluent dapat  disimpulkan  bahwa dynamic  pressure terbesar  terjadi  pada filling  level 30%  H dalam  tanki  yaitu  sebesar  16513.720  Pa  yang  terjadi  pada bagian  kanan  dinding  tanki  pada  ketinggian  8,655  m  dari dasar tanki.
Kata Kunci : Rolling ,  CFD Fluent, Tanki Membrane, Kapal LNG, Sloshing

## I. PENDAHULUAN
ANUSIA  dan  energi  mempunyai  hubungan yang  sangat  erat.  Manusia  sampai  dengan revolusi industri hanya menggunakan sebagian  kecil  energi  yang  ada  di  alam  yang  disebut energi  terbarukan  (renewable  energy).  Sejak  revolusi industri,  dimungkinkan  pemakaian  energi  dalam  jumlah besar  yang  berasal  dari  batu  bara.  Memasuki  abad  20 pemakaian  energi  minyak  bumi  semakin  meluas,  dan akhir-akhir  ini  gas  alam  dan  tenaga  nuklir  telah dimanfaatkan  untuk  menopang  kebutuhan  energi  dalam jumlah besar. Masa setelah revolusi industri dapat disebut
sebagai  era  penggunaan  energi  atau  bahan  bakar  fosil seperti gas alam, minyak bumi dan batubara dalam jumlah besar,  yang  sampai  saat  inipun  masih  berlanjut. Meningkatnya  taraf  hidup  manusia dan besarnya tuntutan terhadap  kepraktisan  dan  kenyamanan  hidup  membuat kebutuhan  terhadap  energi  semakin  besar.  Dengan demikian,  dibutuhkan  sumber  energi  yang  besar  pula. Liquid  Natural  Gas  (LNG)  muncul  sebagai  salah  satu solusi  sumber  energi  yang  menjanjikan,  karena  rasio persediannya  masih  lebih  baik.  Pemakaian  kapal  sebagai sarana  distribusi  LNG  ke  berbagai  wilayah  merupakan salah  satu  cara  yang  menguntungkan  dan  memiliki efisiensi yang cukup baik.
Kekuatan  konstruksi  kapal  dan  tangki  berkaitan dengan  beban  gelombang  luar  yang  bersumber  dari gelombang  air  laut  akibat  gerakan/ motion kapal  dan juga beban yang ditimbulkan oleh perilaku fluida dalam tangki  yang  biasa  disebut sloshing.  Sloshing adalah sebuah  fenomena  gerakan  osilasi  yang  memukul dinding  muatan  oleh  cairan  di  dalam  sebuah  wadah. Dalam  menganalisis  gerakan sloshing ,  usaha  yang biasanya  dilakukan  adalah  dengan  mencegah  arah gerakan  cairan  yang  dapat  menyebabkan  kerusakan pada  suatu  struktur.  Disisi  lain, sloshing mempunyai kemampuan dalam  mengurangi besarnya energi kinetik ketika  kapal  melaju.  Untuk  alasan  tersebut,  maka analisis  gerakan sloshing dilakukan  untuk  mengetahui karakteristik  gerakan sloshing ,  vector  kecepatan sloshing dan arah sloshing yang berhubungan langsung dengan  gerakan  kapal  diakibatkan  gelombang  regular sehingga  dapat  diketahui  struktur  tangki  bagian manakah  yang  memiliki  potensi  kerusakan  terbesar terutama saat gerakan rolling kapal [1].
Prediksi gerakan linier rolling kapal cukup bagus untuk sudut roll yang kecil <5 o . Untuk sudut besar gerakan linier rolling tidak  akurat  lagi,  sehingga  harus  menggunakan gerakan non  linier  rolling meskipun  penyelesaian  agak rumit.  Berdasarkan  prinsip  gerakan linier  rolling, setelah kapal  mengalami  gaya eksitasi maka  kapal  akan mendapatkan  amplitude  sesaat,  setelah  itu  karena  adanya efek  damping  kapal  akan  mengalami  osilasi  menuju frequensi gelombang. Sedangkan untuk gerakan non linier rolling dengan  adanya  variasi  kecil  eksitasi  pada  titik restoring dapat menyebabkan kapal capsizing dengan kata lain capsizing terjadi  pada  gerakan non  linier  rolling, gerakan ini terdiri dari dua komponen non linier yaitu non linier damping dan restoring [2].

## Analisis Sloshing 2D pada Dinding Tangki Tipe Membran Kapal LNG Akibat Gerakan Rolling di Gelombang Regular
Ericson Estrada Sipayung, I Ketut Suastika, Aries Sulisetyono Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : k_suastika@na.its.ac.id
M

## Gambar 1. Ilustrasi gerakan rolling kapal
Kapal  yang  melaju  di  permukaan  laut  memiliki  arah gerak  berdasarkan  arah  datangnya  gelombang  atau  biasa disebut Heading ,  sehingga Heading kapal  didefinisikan berdasarkan  dari  arah  propagasi  gelombang. Heading angle (µ) didefinisikan  sebagai  sudut  antara  arah  kemana kapal melaju dengan arah datangnya gelombang.

## Gambar 2. Wave Heading
Dari  gambar  diatas  dapat  dilihat  beberapa  definisi  umum Heading kapal, antara lain: µ = 0º     : following  waves dimana  arah  gelombang sama dengan arah kapal.
µ = 90º    : beam waves dimana gelombang mengenai kapal dari sisi starboard.
µ  =  180º  : heading  waves dimana  gelombang berjalan berlawanan dengan arah      laju    kapal. µ = 270º  : beam waves dimana gelombang mengenai kapal dari sisi port.
Karena  kapal  bergerak,  maka  frekuensi  gelombang yang  mengenai  kapal  akan  berbeda  dengan  frekuensi gelombang  datang  sebenarnya.  Fenomena  ini  terjadi karena  adanya  gerakan  relative  dari  kapal  yang mempunyai  kecepatan  dengan  progresi  gelombang. Frekuensi  relative  ini  diistilahkan  sebagai  frekuensi papasan atau frekuensi encounter [3].
Sloshing merupakan fenomena fisik yang dikarakteristikan adanya gerakan osilasi permukaan bebas fluida  pada  tangki  yang  terisi  sebagian.  Fluida diasumsikan  incompressible  dan  aliranya  irrotasional. Sloshing terjadi karena fluida bergerak secara transient/steady  pada  tangki  yang  terisi  sebagian.  Dalam kondisi  yang  demikian,  permukaan  bebas  liquid  bergerak dan  menghempas  dinding  tangki.  Sehingga  timbul  gaya yang  membahayakan  struktur  tangki  serta  konsekuensi yang  tidak  diinginkan.  Pada  pengoperasian  kapal  sistem tangki  harus  mempunyai  kemampuan  berbagai  level pengisian  tanpa  harus  terjadi  kerusakan  yang  disebabkan impact pressure akibat sloshing . Liquid dalam tangki yang terisi  sebagian  mampu  menyebabkan  terbentuknya pressure  yang  bekerja  pada  bagian  dinding  dan  atap
tangki.  Untuk  memprediksi  gerakan  liquid  dan  pengaruh pressure  terhadap  tangki  kapal  yang  terisi  sebagian mereka menggunakan pemodelan 2 dimensi.
Gambar 3. Visualisasi kecepatan fluida di dalam  tangki saat terjadi sloshing

## II. METODE PENELITIAN
A. Data Spesifikasi Kapal LNG
Adapun  data  utama  kapal  Disha  LNG  Carrier  yang akan disimulasikan adalah sebagai berikut :
Tabel 1. Data ukuran utama kapal [4]

## B. Data Lingkungan Pelayaran Kapal
Untuk  menghitung  gerakan  kapal  dibutuhkan  data lingkungan  pelayaran  kapal  LNG  yang  akan  dimodelkan. Tujuannya adalah untuk mengetahui secara aktual gerakan kapal  yang  terjadi  yang  diakibatkan  oleh  gelombang terbesar dalam pelayaran kapal tersebut.
Data Kapal LNG Disha Loa 277  m 908.837  ft Lpp 266  m 872.746  ft Lwl 270.8  m 888.4948  ft B 43.4  m 142.3954  ft H 26  m 85.306  ft T Design 11.4  m 37.4034  ft T scantling 12.5  m 41.0125  ft Displacement  100149  Ton 3450972.058  ft 3 Deadweight 70151  Ton V Service 19.5  Knot 10.0308  m/s

## C. Perhitungan Gerakan Kapal LNG
Perhitungan  gerakan  kapal  LNG  ini  dimulai  dengan mengimport  model  kapal  yang  telah  didesain  pada software  maxsurf  ke  dalam  software  seakeeper  yang merupakan  program  integrated  dari  maxsurf  untuk menganalisis  gerakan  kapal.  Software  seakeper  yang terintegrated  bersama  maxsurf  merupakan  software  yang dikembangkan  oleh  formsys  dimana  perusahaan  tersebut adalah  salah  satu  software  marine  development  yang hingga  saat  ini  sudah  memproduksi  software  untuk menganalisa struktur dan bangunan di bidang marine.
Gambar 5. Time series gerakan rolling kapal pada gelombang regular
Dari  hasil  output  seakeeper  didapatkan  amplitudo kapal  ( 𝛷̂ )  sebesar  5.519  deg  atau  sama  dengan  0.09633. Hasil  gerakan  kapal  LNG  tersebut  juga  merupakan gerakan  tangki  yang  ada  didalam  Kapal  LNG.  Sehingga gerakan  tangki  membrane  LNG  dapat  dihasilkan  dengan membuat  perbagian  masing-masing  tangki.  Hasil  gerakan tersebut  kemudian  dikonversi  kedalam  persamaan kecepatan  sudut  dalam  bahasa  C++  untuk  mendifinisikan gerakan  tangki  dan  dicompile  kedalam  user  define  dari program  Ansys Fluent .  Jadi  untuk  mendefinisikan kembali  gerakan  tangki  kedalam  software  ansys fluent persamaan gerakan tersebut adalah :
Φ = 𝛷̂ *cos (ω e *t)
Φ  =  0.09633*cos  (  0.616*t  )  sehingga  turunan  dari persamaan tersebut menjadi: 𝑑𝛷 𝑑𝑡 = - 0.09633*0.616 sin (0.616* t)

## D. Pemodelan Tangki Membrane
Tangki pada studi sloshing ini dimodelkan 3 dimensi (3D)  dengan  ukuran  tangki  yang  telah  didapat  dari  data kapal  LNG  dengan  lebar  31.29  m,  panjang  43.62  m,  dan tinggi  27.32  m.  Untuk  mempermudah  pengerjaan  model tangki dari maxsurf dibuat lagi di autocad yang kemudian diimport ke ansys fluent dalam bentuk IGES.
Gambar 6. Model Tangki Pada Autocad

## E. Penentuan Node Pressure pada Dinding Tangki

## Gambar 7. Posisi Node Pressure
Untuk  menentukan  letak  tekanan  terbesar  yang terjadi  pada  dinding  tangki  tipe  membrane  NO.96  kapal LNG pada kasus rolling, dibuatlah beberapa titik-titik atau node pada kedua sisi tangki. Letak dari titik-titik ini dibuat secara  merata  dari  tinggi  tangki.  Tangki  yang  digunakan pada simulasi ini yaitu tangki nomor 3 dari AP.
Gambar 8. Posisi Tangki Pada Kapal
.

## III. HASIL SIMULASI ANSYS FLUENT

## A. Hasil Perhitungan Pada Tangki Membran Dengan
Volume 30 % H
Gambar 9. Snapshot gerakan cairan LNG di dalam tangki pada filling level 30% H
Gambar 10. Kontur dari tekanan dinamis cairan LNG di dalam tangki pada filling level 30% H
Gambar 11. Time series dari tekanan dinamis cairan LNG pada dinding node 8.655 m dengan filling level 30% H
Dari  grafik  diatas  diketahui  bahwa  tekanan  dinamis pada  dinding  kanan  Z2  dan  dinding  kiri  Z7  tangki mempunyai nilai yang berubah – ubah sesuai fungsi waktu dan  maksimum  pressure  pada  dinding  kanan  dan  dinding kiri tangki selama simulasi bisa diketahui besarnya, besar maksimum  pressure  pada  dinding  kanan  tangki  adalah Z2= 16513.720 Pa sedangkan besar pressure pada dinding kiri tangki adalah Z7= 1869.362 Pa.
B. Hasil Perhitungan Pada Tangki Membran Dengan Volume 50 % H
Gambar 12. Snapshot gerakan cairan LNG di dalam tangki pada filling level 50% H
Gambar 13. Kontur dari tekanan dinamis cairan LNG di dalam tangki pada filling level 50% H
Gambar 14. Time series dari tekanan dinamis cairan LNG pada dinding node 13.638 m dengan filling level 50% H
Dari  grafik  diatas  diketahui  bahwa  tekanan  dinamis pada  dinding  kanan  Z3  dan  dinding  kiri  Z8  tangki mempunyai nilai yang berubah – ubah sesuai fungsi waktu dan  maksimum  pressure  pada  dinding  kanan  dan  dinding kiri tangki selama simulasi bisa diketahui besarnya, besar maksimum  pressure  pada  dinding  kanan  tangki  adalah Z3=  839.548  Pa  sedangkan  besar  pressure  pada  dinding kiri tangki adalah Z8= 1885.410 Pa.

## C. Hasil Perhitungan Pada Tangki Membran Dengan
Volume 80 % H
Gambar 15. Snapshot gerakan cairan LNG di dalam tangki pada filling level 80% H
Gambar 16. Kontur dari tekanan dinamis cairan LNG di dalam tangki pada filling level 80% H
Gambar 17. Time series dari tekanan dinamis cairan LNG pada dinding node 21.520 m dengan filling level 80% H
Dari  grafik  diatas  diketahui  bahwa  tekanan  dinamis pada  dinding  kanan  Z4  dan  dinding  kiri  Z9  tangki mempunyai nilai yang berubah – ubah sesuai fungsi waktu dan  maksimum  pressure  pada  dinding  kanan  dan  dinding kiri tangki  selama simulasi bisa diketahui besarnya, besar maksimum  pressure  pada  dinding  kanan  tangki  adalah Z4=  1039.865  Pa,  dan  sedangkan  besar  pressure  pada dinding kiri tangki adalah Z9= 548.670 Pa.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi  model  dengan  berbagai variasi dan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa:
 Tekanan  dinamis  yang  terjadi  baik  pada dinding  kiri  maupun  pada  dinding  kanan terjadi  secara  tidak  periodik  atau  tidak beraturan,  walaupun  gerakan  tangki  yang diinputkan pada simulasi adalah gerakan  yang periodik/reguler.
 Ketika  terjadi  sloshing  terutama  pada  filling level cairan (LNG)  yang rendah  yaitu 30% H, pressure yang terjadi pada dinding tangki lebih besar  dibandingkan  dengan  pressure  yang terjadi pada dinding tangki dengan filling level cairan yang lebih tinggi.
 Dari  ke-3  variasi  filling  level  cairan  LNG, dapat disimpulkan bahwa semakin kecil filling level  cairan  LNG  di  dalam  tangki,  maka semakin  besar  tekanan  dinamis  yang  terjadi pada dinding tangki.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Ibrahim,  R.A.  (2005). Liquid  Sloshing  Dynamics Theory and Applications. Cambridge; Cambridge University Press.
[2]  Hendratmoko,  H.  (2012). Study  dan  Eksperimen Pengaruh Bilga Keel Terhadap Gerakan Rolling (Tugas  Akhir).  Surabaya:  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember.
[3]  Bhattacharrya,  R.  (1978). Dynamics  Of  Marine Vehicles . New York: Wiley Publication.
[4]  Anwar, M.S. (2013). Simulasi Sloshing pada Dinding Tangki  Tipe  Membran  Kapal  LNG  Akibat Gerakan  Heaving  dan  Pitching  di  Gelombang Regular (Tugas  Akhir). Surabaya  :  Institut Teknologi Sepuluh Nopember.