Preliminary Design Kemudi Kapal LCT 200 GT
Naufal Abdurrahman 1 , Agus Purwanto 2
1 Program Studi Teknik Perencanaan dan Konstruksi Kapal, Politeknik Negeri Batam
2 Akademi Perikanan Bitung E-mail 1 : abdurrahman@polibatam.ac.id

## Abstrak
Kapal pada kondisi operasionalnya dituntut untuk bergerak cepat dan mampu untuk maneuver dengan lihai.  Sistem kemudi adalah salah satu di antara alat mekanis yang dipakai untuk menentukan kemampuan maneuver kapal dan mengarahkan kapal ke lokasi atau tujuan tertentu. Beberapa hal yang mempengaruhi kelincahan maneuver kapal pada permukaan air adalah bentuk lambung serta kesesuaian daun kemudi dengan bentuk lambungnya. Daun kemudi yang tidak sesuai untuk ukuran kapal tertentu memberikan pengaruh yang sangat besar terhadap kapal tersebut pada saat berlayar. Penelitian ini bertujuan untuk memodelkan kemudi yang optimal sesuai dengan bentuk lambung kapal LCT 200 GT sehingga mampu mendukung performa operasi kapal. Pendekatan perancangan model dibagi menjadi tiga tahapan proses, yaitu: concept design, initial design dan detailed design . Kata kunci: Kapal LCT, desain kemudi, Manuvering, Preliminary Design,Steering System

## Abstrac
Common vessels on operational conditions required to move quickly and to maneuver skillfully. The steering system is one of the mechanical devices used to determine and to able the vessel maneuvering and directed to a specific location or destination. Some things that affect agility maneuver the vessel on the water surface is form of the hull and rudder conformity with the shape of hull. Leaves the wheel is not suitable for a particular vessel size provide an enormous influence on the vessel at the time of sailing. This study aims to model the optimal steering system according to the shape of multipurpose vessel 200 GT’s hull so as to support the operation of vessel's performance. An advanced approach to the design of the model is divided three stage process, i.e: concept design, initial design and detailed design.
Keywords :LCT of Ship, Rudder stock, Manuvering, Preliminary Design, SteeringSystem

## 1. PENDAHULUAN
Unjuk  kerja  kapal  secara  dinamis  bergantung pada perilaku dan respon badan kapal terhadap kondisi  perairan  dimana  kapal  dioperasikan. Pada  saat  beroperasi,  kapal  akan  mengalami gerakan  yang  disebabkan  kapal  itu  sendiri (maneuverability) maupun  dari  faktor  luar (seakeeping). Sistem kemudi adalah salah satu di antara  alat  mekanis  yang  dipakai  untuk menentukan dan dan mempengaruhi kemampuan maneuver kapal serta mengarahkan kapal ke lokasi atau tujuan tertentu. Kapal LCT 200  GT  beroperasi  di  perairan  lintas sungai-sungai  Kabupaten  Mamberamo  Papua dengan karakter gelombang dinamis
memerlukan  unjuk  kerja maneuver yang  baik sehingga bisa menjadi alat transportasi perairan yang handal. Kelincahankapal dipengaruhi oleh bentuk  lambung  (bentuk  buritan),  tenaga baling-baling, bentuk dan ukuran daun kemudi,
kemiringan kapal pada waktu ber belok maupun kondisi  peletakan  muatan  kapal.  Daun  kemudi yang  tidak  sesuai  untuk  ukuran  kapal  tertentu memberikan  pengaruh  yang  sangat  besar terhadap kapal tersebut pada saat berlayar. Daun dan  motor  penggerak  kemudi  lah  yang memberikan arah pada saat kapal akan berbelok atau maneuvering dan  memberikan balance atau  keseimbangan  pada  saat  kapal  bergerak lurus [1] .
Gerakan  dinamis  kapal  pada  fluida  air  dapat dikategorikan  secara  6  derajat  kebebasan  yang terbagi dalam 2 (dua) jenis gerakan, yaitu [2] : 1. Gerakan rotasi (putaran) : roll (sumbu x), yaw (sumbu y), pitch (sumbu z).
2. Gerakan translasi (linear) : surge (sumbu x), sway (sumbu y), heave (sumbu z).
Gambar 1 Derajat kebebasan pada kapal
Secara prinsip, motor penggerak kemudi kapal sangat  dipengaruhi  oleh  perancangan  badan kapal,  sistem  propulsi  dan  sistem  kemudi. Sejumlah  elemen  tersebut  secara  langsung memberi  pengaruh  terhadap  gaya-gaya  dan momen hidrodinamika yang bekerja pada daun kemudi.  Hal  lain  yang  juga  bisa  berpengaruh adalah akibat kondisi daun kemudi yang terlalu besar,  sehingga  terjadi  ketidaksesuaian  antara mesin  penggerak  kemudi  dengan  kemudi tersebut pada saat kapal dibelokkan.
Perancangan kemudi tidak mempunyai sistematika  baku  yang  menjadi  standar  acuan perancangan  karena  masih  sedikit  penelitian yang  membahas  tentang  hal  tersebut [3] . Perbedaan sistem perancangan bergantung pada kemampuan  dan  fasilitas  yang  ada  untuk melakukan proses perancangan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendesain sebuah  sistem  kemudi  yang  optimal  untuk operasional  kapal  pengawas  tanpa  awak. Sehingga diharapkan sistem kemudi yang akan dipasang pada kapal sesuai dengan kaidah yang patut dalam hal perancangan kapal. Perancangan badan kapal untuk kapal pengawas tanpa  awak  yang  dimaksud  penelitian  ini dilakukan oleh penelitian lain.

## 2. SIGNIFIKASI STUDI
Penelitian  dibagi  menjadi  beberapa  sub fase yang saling berkaitan untuk memetakan proses penelitian.  Gambar  2  menampilkan fase-fase penelitian  yang  dilakukan,  meliputi concept design ,  initial design dan detailed  design .
Concept  design membahas  tentang  penentuan ukuran utama kapal, pemeriksaan hullformfactor , penghitungan luasan penampang  kemudi,  penilaian  kesesuaian proses conceptdesign ,  mengasumsikan  nilai tuningindex dan following index .
Initial  design  meliputi  proses  menentukan  tipe profik  kemudi,  menentukan ordinary dan performance  rudder ,  menetukan  dimensi kemudi, memeriksa rudder design kriteria. Detailed  design merupakan  tahapan  akhir proses  perencanaan  model  kemudi  yang  berisi penentuan  bentuk  kemudi,  penghitungan besaran  gaya  pada  kemudi,  torsi  kemudi  dan menghitung ketebalan blade kemudi.
Gambar 2 Skema Alur desain kemudi

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses  pemodelan  sistem  kemudi  pada  kapal pengawas  tanpa  awak  yang  menjadi  pokok penelitian dibagi menjadi 3 tahap proses, yaitu concept  design,  initial  design dan detail design dimana  satu  tahap  dengan  tahap selanjutnya saling berkaitan [3] .

## 3.1 Concept Design
Proses concept design kemudi merupakan tahap yang  penting  karena  menjadi  acuan  untuk
langkah  berikutnya.  Proses  ini  meliputi beberapa langkah yang dilakukan, yaitu:

## 3.1.1 Menentukan ukuran utama kapal
Penentuan  ukuran  utama  kapal  merefleksikan keputusan  untuk  mengoptimasi  kebutuhan sistem  kapal  secara  umum.Kapal  yang dirancang  mempunyai  dimensi  utama  yang ditampilkan pada Tabel 1. Besaran nilai ukuran utama  tersebut  dipertimbangkan  dari  berbagai faktor  yang  melatar  belakangi  konsep perancangan kapal seperti tinggi gelombang air serta  kedalaman  perairan  yang  menjadi  daerah operasional  kapal,  kebutuhan  pengguna  kapal atau yang biasa disebut userrequirements . Tabel 1 Dimensi Utama Kapal Loa 29,6 m Lwl 28,4 m Breadth 6,6 m Height 2,80 m T(draft) 2,00 m Vservice 10 kts Displacement 359 t No. of propeller blade 4 Dia. Of propeller (0,7*T) 1,40 m 3.1.2 Memeriksa hullform factor Hullform factor mengindikasikan rasio perbandingan  antar  faktor  yang  membentuk bodi  kapal,  seperti waterline,  midship  section dan balok dengan dimensi sesuai dengan ukuran utama  kapal.  Tabel  2  menunjukkan  besaran faktor  koefisien  balok,  koefisien midship , koefisien waterline dari perhitungan hidrostatik badan  kapal  pengawas  yang  tercelup  di  dalam air  menggunakan  perangkat  lunak  komputer berbasis numerik.
Tabel 2 Hullform factor Cb 0,67 Cwl 0,91 Cm 0,90

## 3.1.3 Menghitung luasan kemudi
Luasan  kemudi  berperan  penting  dalam mempengaruhi kemampuan kapal untuk belok/ maneuver .  Salah  satu  metode  yang  bisa
digunakan  untuk  menentukan  luasan  kemudi adalah  metode  DNV [3] yang  persamaannya tertera dibawah ini:
( ⁄ ) 2 (1)
Dimana,  A R =  luasan  area.  Dari  perhitungan formula (1) didapatkan nilai A R = 1,25 m 2 .
3.1.4 Menilai  kesesuaian  proses concept design Luasan kemudi yang dihasilkan dari perhitungan  nilainya  diperbandingkan  dengan kriteria  dan  kehendak  pemilik  kapal.  Kriteria ditentukan  dengan  mempertimbangkan  harga dan  kepatutan  ukuran  kemudi  pada  kapal. Concept  design diperiksa  kembali  dengan standar dari Biro Klasifikasi.
3.1.5 Asumsi  nilai  K  ( turning  index ),  T
( following index )
Nilai K dan T diasumsikan untuk mengevaluasi kemampuan turning kapal  sebagai  tahapan terakhir  pada concept  design. K  menunjukkan kecenderungan
turning velocity , T menunjukkan  kecendurungan turning  angle velocity. Ketika kapal melakukan putaran pada sudut  10 o (δ1),  20 o (δ2),  30 o (δ3)  dan  kecepatan sudut  0.4 o /detik,  0.6 o /detik  dan  0.8 o /  detik, Kecepatan  sudut  adalah  hasil  perkalian  sudut kemudi.
0.4 o /detik = K 1 δ 1 = K 1 * 10 o , K 1 = 0.04/detik 0.6 o /detik = K 2 δ 2 = K 2 * 10 o , K 2 = 0.03/detik    (2) 0.8 o /detik = K 3 δ 3 = K 3 * 10 o , K 3 = 0.027/detik Persamaan (2) menunjukkan K (turning index) merupakan  kecepatan  sudut  putaran,  perkalian dari besaran sudut kemudi. Nilai K divariasikan dengan  ukuran  sudut  kemudi  dan  beban  tetap pada kapal yang sama. K bisa diasumsikan dari ukuran kapal dan sudut kemudi yang digunakan. Semakin  besar  sudut  kemudi  menyebabkan semakin  besarnya  hambatan  ketika  berputar. Selain  itu,  kapal  membutuhkan  waktu  untuk berputar,  tidak  seketika  setelah  berputarnya kemudi.  Pada  permulaan  waktu  berputarnya
kemudi, kecepatan putar yang pelan menyebabkan  kesulitan  untuk  mengetahui beloknya  kapal.  Seiring  berjalannya  waktu, kecepatan  sudut  yang  terakumulasi  menjadi semakin  besar  sehingga  memudahkan  proses putaran.  Waktu  yang  dibutuhkan  disebut  T ( following index ).

## 3.2 Initial Design
Proses  initial  design  merupakan  hasil perwujudan dari concept design . Jadi, proses ini berisi  hal  yang  bisa  diuji  dan  dibandingkan dalam  masalah  ekonomis  maupun  bentuk  dan dimensi kemudi. Initial design diklasifikasikan dengan  menentukan  profil  kemudi,  model kemudi,  dimensi,  kriteria,  dan  perkiraan kapasitas steering gear .

## 3.2.1 Menentukan tipe profil kemudi
Gambar 3 Klasifikasi profil kemudi
Gambar  3  menunjukkan  beberapa  klasifikasi profil kemudi.Tipe kemudi yang dipilih adalah tipe NACA yang  mana  tidak  terlalu membutuhkan specific  user  requierement maupun  dari  hasil  maneuver  test. NACA mempunyai  bentuk  penampang  yang  kecil sehingga  memperkecil  nilai  hambatan  namun memiliki kekuatan yang menopang strukturnya. Tipe  kemudi  dibagi  berdasar  basis  profil  dan desain,  disisi  lain  harus  sederhana  dan mempunyai unjuk kerja yang baik.
Gambar 4 Klasifikasi model kemudi
Terdapat empat model kemudi menurut Becker rudder  standard ,  yaitu: fullspade ,  KSR (King Support Rudder) , Herus support dan semi spade sebagaimana  ditunjukkan  pada  Gambar  4. Kemudi fullspade terdiri dari movablepart dan tidak  memiliki horn .  Pada  tipe  ini,  berat tumpuan pada kemudi sebesar berat kemudi itu sendiri  yang  tertumpu  pada  satu  poros.  Tipe fullspade digunakan  pada  banyak  kapal  besar karena dapat mencegah gap cavitation.
Tipe  KSR  didukung  oleh  poros  yang  besar karena  hal  tersebut  mengurangi fatigue dan bendingmoment .  Tipe  Herus  didesain  secara umum  pada  kapal  besar  dengan  kecepatan lambat  seperti  bulk  carrier  dan  tanker  yang mana bisa meningkatkan efisiensi hidrodinamis. Selanjutnya tipe kemudi semispade yang terdiri dari  rudder horn , pintle ,  dan semispadeblade . Tipe  terakhir  ini  menjadi  pertimbangan  untuk dipasang  pada  kapal  pengawas  yang  menjadi objek penelitian.
3.2.2 Menentukan ordinary dan performance rudder
Ordinary  rudder mempunyai  beberapa  tipe, yaitu single plate , NACA series , flat side, mixed dan hollow .  Gambar  5  menunjukkan  nilai koefisien Kc untuk ordinary rudder [2].
Gambar 5 Nilai Kc untuk ordinary rudder
Bentuk  penampang  bisa  ditentukan  dari koefisien  Kc  berdasarkan  bentuk  penampang. Ordinary rudder mempunyai beberapa jenis tipe
seperti single plate , NACA series, flat side, mix dan hollow .  Kapal  pengawas  direncanakan menggunakan tipe NACA dengan nilai ahead 11 dan astern 0,80.
Gambar6 Nilai Kc untuk performance rudder
Gambar  6  menunjukkan  nilai  Kc  untuk performance  rudder  fish  tail,  flap dan steeringnozzle pada kondisi ahead dan astern.

## 3.2.3 Menentukan dimensi kemudi
Aspek rasio dan balance rasio merupakan kunci untuk  menentukan  dimensi  kemudi,  seperti ditampilkan pada Gambar 7.

## Gambar 7 Aspek rasio untuk dimensi kemudi
Aspek  rasion  daun  kemudi  ditunjukkan  pada Gambar  7  dimana  notasi  „a‟  merupakan  nilai minimum tip clearance . Aturan klasifikasi DNV menunjukkan persamaan (3) berikut:
Min. tip clearance = a ≥ 0,2 R (m) (3) Dimana a = Jarak 0,7 R; R = radius baling- baling Nilai R  = 0,7 m, sehingga a=0,49
 a ≥ 0,2.
„b‟  harus  didesain  tidak  boleh  melebihi  akhir bulk-head .  Ketika  diperlukan  untuk  pelepasan baling-baling,  „c‟  dikandung  maksud  untuk mencegah  kerusakan.  Ketika  kapal  melakukan pengedokan, jarak „d‟ dari Base line ke kemudi memberikan jarak aman yang memadai.
3.2.4 Memeriksa rudder design criteria
Gambar 8 Desain Criteria Kemudi
Hal  yang  perlu  diperiksa  adalah  jarak  antara kemudi dan propeller , jarak antara hull bottom dan  kemudi  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar 8.Tetapi  yang  jadi  acuan  pertama  adalah  jarak antara kemudi dan propeller sebaiknya terletak dibelakang propeller .  Pada  Gambar  7,  interval
„a‟ dan „b‟ semakin besar, maka getaran semakin kecil dan performa propulsi semakin baik. 𝑎 ≥  ,2𝑅 (4) 𝑏 ≥ ( ,7 −  , 4𝑍)𝑅 (5) 𝑐 ≥ ( ,48 −  , 2𝑍)𝑅 (6) Dimana, R = diameter propeller /2;
Z = jumlah daun kemudi
Sehingga,
𝑎 ≥  , 4 𝑚 𝑏 ≥ 0,378 m 𝑐 ≥  ,28 𝑚 3.3 Detail Design
Proses  detail design mencakup  penentuan layout struktur  kemudi,  bentuk  dan  kepastian dimensi kemudi yang terpasang. Jika informasi
yang  didapatkan  pada initial  design terdapat kesalahan,  maka  proses  perlu  diulang.  Proses detail design dapat  diringkas  pada  proses mementukan  dimensi,  struktur  kemudi,  luasan kemudi  dan  bentuk  kemudi.  Kemudian  bisa dilanjutkan pada proses penanganan kavitasi, uji kecepatan dan performa maneuver kapal.

## 3.3.1 Menentukan dimensi/ bentuk kemudi
Profil  bentuk  kemudi  telah  dipertimbangkan sebelumnya  pada  tahap  initial design .Tahap selanjutnya,  jarak  antara COG(Center  of Gravity) kemudi  dan  AP  harus  disesuaikan paling  kecil.  Bentuk  kemudi  didesain  dengan mempertimbangkan  massa  struktur  kemudi tanpa  menimbulkan  tekanan  yang  berlebih sehingga  mengakibatkan  sebaran  beban  yang terlalu banyak pada struktur buritan kapal. Rules DNV menunjukkan  minimum projected  area pada persamaan (7).
𝐴 ≥ 𝑑 100 (    2  ( ) 2 ) (7)
Dimana, A   = Movable rudder vertical projected area ;
L   = Panjang kapal; B   = Lebar kapal; d  = Sarat kapal. Dari persamaan (7) didapatkan nilai A ≥ 1,92 m 2 .

## 3.3.2 Menghitung gaya kemudi
Gaya  kemudi  dipengaruhi  oleh  banyak  faktor yang  mempengaruhinya,  seperti  ditampilkan pada Gambar 9 [4]
Gambar 9 Gaya Pada Kemudi
Dimana, C=panjang chord , e = center of pressure ;
F = total gaya; N = gaya normal; T = gaya tangensial; D = gaya drag; α = sudut attack ;
V = kecepatan; t = max. blade thickness .
Nilai  gaya  kemudi  (F)  ditetapkan  dari persamaan  (8)  yang  dirujuk  dari  aturan klasifikasi (CSS, 2006).
F=132*K 1 *K 2 *K 3 *A*V d 2 [N]  (8)
Dimana,
F   = Gaya kemudi; V d = Kecepatan kapal;
K 1 = Koefisien aspect ratio Λ
= Λ+2 3 ; dimana Λ tidak lebih besar dari 2
Λ  = ℎ 𝑚 2 𝑡 h m = Rata – rata tinggi rudder blade
A t = Movable rudder area + area of rudder horn
K 2 = Koefisien tipe dan profil kemudi = 1,1  ahead ; 0,8  astern untuk tipe NACA K 3 = Koefisien lokasi kemudi
= 0,8 untuk dibelakang propeller
F  = 132*K 1 *K 2 *K 3 *A*V d 2 [N]
= 132*0,69*0,8*0,8*1,92*10 2
= 11,191kN 3.3.3 Menghitung torsi kemudi Nilai  torsi  kemudi  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (9) [7] T = FR [Nm] (9) Dimana, R  = (e-s) = C(μ − β) C  = A/h m
μ  = Koefisien kondisi astern dengan (0,66)
β  = A r /A  = 0,3 dari posisi lebar kemudi NACA A r = Porsi luasan rudder blade Jadi, R  = 3,84(0,66-0.3) = 1,3824 T  = 11191 * 1,3824 = 154870,43Nm
3.3.4 Menghitung ketebalan blade kemudi Struktur blade kemudi  harus  mampu  scara efektif  meneruskan  gaya  pada  kemudi. Ketebalan sisi, atas dan alas tidak boleh kurang dari nilai hasil perhitungan pada persamaan (10)
𝑡 𝑠 , ℎ 𝑠 𝜑√𝑑 𝐹 ∗ −4 2, [mm]  (10)
Dimana ℎ 𝑠 adalah  sisi  terpendek  web  kemudi dan ℎ 𝑙 sisi terpanjangnya. Nilai φ diambil 1 jika ℎ 𝑠 /ℎ 𝑙 ≥ 2,
φ √ ,  −  ,  ( ℎ 𝑙 ℎ 𝑠 ) 2 = 0,15 t s = 25,79 mm
Ketebalan  plat  bawah  kemudi  tidak  boleh kurang  dari  25,79  mm.  Untuk  pelat  sisi  tidak boleh lebih dari 0,7*t s = 18,05 mm

## 4. KESIMPULAN
Penelitian  tentang  sistem  kemudi  untuk  kapal pengawas  pada  tahap  awal  yang  sudah dilakukan  dapat  disimpulkan  bahwa  model kemudi  yang  dirancang  dengan  pendekatan empiris concept  design,  initial  design dan detailed  design untuk  kapal  pengawas  dengan mempertimbangkan  aspek  teknis  spesifikasi adalah  model NACA yang  mana  tidak  terlalu membutuhkan specific  user  requirement maupun  dari  hasil maneuver  test . NACA mempunyai  bentuk  penampang  yang  kecil sehingga  memperkecil  nilai  hambatan  namun memiliki kekuatan yang menopang strukturnya sehingga  bisa  tetap  mendukung  kinerja operasional kapal pengawas.
Saran  untuk  penelitian  lanjutan  mengenai sistem  kemudi  untuk  kapal  pengawas  perlu analisa mengenai kekuatan struktur kemudi dan analisa  aliran  fluida  yang  mengenai  struktrur kemudi  untuk  mengetahui  interaksi  antara keduanya.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Kami dari hati yang paling dalam mengucapkan terima  kasih  kepada  semua  pihak  yang  telah terlibat  dalam  penelitian  ini  terutama mahasiswa, teknisi  Jurusan Teknik Perkapalan Politeknik  Negeri  Batam  dan  secara  khusus kami  mengucapkan  terima  kasih  kepada Akademi Perikanan Bitungyang telah mendukung penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Baharuddin. 2013. “Studi Motor Penggerak  Kemudi  KMP.  Sultan  Muhrum Setelah  Mengalami  Perubahan  Dimensi Daun Kemudi. Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Vol. 11, No. 1, Januari – Juni 2013 [2] Nikolau.  2011.  Ship  Dynamic  in  Waves. Universität Rostock. Fakultät für Maschinenbau und schiffstechnik
[3] Kim,  Hyun-Jun,  et.  al.  2012.  “A  Proposal on  Standard  Rudder  Device  Design Procedure  by  Investigation  of  Rudder Design  Process  at  Major  Korean Shipyards”. Journal of Marine Science and Technology Vol. 20, No. 4m pp. 450-458
[4] Degu, Yonas Mitiku. 2014. Redesigning the Rudder  for  Nigat  Boat.  The  international Journal of Engineering and Science Vol. 3, issue 1, pages 1-9