Jurnal Sustainable: Jurnal Hasil Penelitian dan Industri Terapan Vol. 06, No. 02, hal. 68- 73, Oktober 2017

## Jurnal Sustainable: Jurnal Hasil Penelitian dan Industri Terapan
ISSN 2087-5347 (Print)
Anton Hekso Yunianto 1,* , Tonny Suhendra 2 1,2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji 1,2 Jl. Politeknik Senggarang, Tanjungpinang 29100 * Corresponding Author: a.hekso@umrah.ac.id
Abstract —  Catamarans  (double  hull)  as  the  river  and  sea  transport  modes  that  are rapidly  being  developed  today  and  will  likely  continue  to  grow  in  the  future,  especially  in Europe,  America,  and  East  Asia.  One  thing  that  makes  popular  catamaran  and  successfully applied  in  the  mode  of  transportation  because  of  the  availability  of  a  wide  deck  area,  more comfortable level of stability and security. Catamarans tend to have lower water draf than the monohull vessel with the same displacement, so that it can be operated in shallow waters. Then the hull shape as a slender hull can reduce the incidence of wave wash than a single hull ship (monohull). An object moving through a fluid will experience the net force of the fluid in the body. For gastric symmetry, this force will occur in the free flow direction of a drag (D). If the stomach is not symmetrical, there will also be a normal force against the free flow of an elevator (L).  Numerical  modeling  shows  that  fluid  flow  is  laminar,  critical,  and  turbulent.  This  is indicated by the direction of the vorticity field and the fluid type mass distribution, the greater the flow rate the flow properties will become increasingly random or turbulent.
Keywords — Monohull , Catamaran, Drag dan Lift
I ntisari — Kapal katamaran (lambung ganda) sebagai moda transportasi sungai maupun laut yang terus dikembangkan secara pesat dewasa ini dan nampaknya akan terus berkembang di masa akan datang, khususnya di Eropa, Amerika, dan Asia Timur. Suatu hal yang membuat kapal  katamaran  menjadi  populer  dan  sukses  diaplikasikan  dalam  moda  transportasi  karena tersedianya area geladak  ( deck area ) yang lebih luas, tingkat stabilitas yang lebih nyaman dan aman.  Kapal  katamaran  (lambung  ganda)  cenderung  memiliki  sarat  air  yang  lebih  rendah dibanding kapal monohull dengan displecement yang sama, sehingga dapat dioperasikan pada perairan  dangkal.  Kemudian  bentuk  lambung  yang  langsing  ( slender )  dapat  memperkecil timbulnya sibakan air ( wave wash ) dibanding kapal lambung tunggal ( monohull ). Suatu benda yang bergerak melalui sebuah fluida akan mengalami gaya netto dari fluida pada benda. Untuk lambung  simetri,  gaya  ini  akan  terjadi  dalam  arah  aliran  bebas    yaitu  sebuah  drag  (D).  Jika lambung tidak simetris, akan terdapat pula sebuah gaya yang normal terhadap aliran bebas yaitu sebuah lift (L). Pemodelan numerik menunjukkan bahwa, aliran fluida bersifat laminar, kritis, dan turbulen. Hal ini terindikasi oleh arah medan vortisitas serta distribusi massa jenis fluida, semakin besar kecepatan aliran maka sifat aliran akan menjadi semakin acak atau turbulen. Kata kunci — M onohull ,Katamaran, Drag dan Lift
Perhitungan Koefisien Drag dan Kooefisien Lift pada Lambung Kapal Katamaran Simetris ( Symmetrical ) dan Tidak Simetris ( Asymmetrical )
A.H. Yunianto, T. Suhendra, Perhitungan Koefisien Drag dan Koefisien Lift pada Lambung Kapal Kataraman Simetris ( Symmetrical ) dan Tidak Simetris ( Asymmetrical )

## I. P ENDAHULUAN
Kapal  katamaran  (lambung  ganda)  sebagai moda  transportasi  sungai  maupun  laut  terus dikembangkan  secara  pesat  dewasa  ini  dan nampaknya  akan  terus  berkembang  di  masa akan  datang  [1]  Kapal  katamaran  (lambung ganda)  cenderung  memiliki  sarat  air  yang rendah sehingga kapal ini dapat beroperasi pada perairan  dangkal  dan  kemudian  bentuk lambung  yang  lansing  ( slender )  dapat memperkecil  timbulnya  sibakan  air  ( wave wash )  dibandingkan  dengan  kapal  lambung tunggal ( monohull ). Dalam  proses  rekayasa,  kapal  katamaran menimbulkan  banyak  tantangan  teknis dibanding desain kapal konvensional. Kapal ini ditandai  dengan  konfigurasi  yang  lebih komplek dan operasional pada kecepatan yang lebih  tinggi.  Dalam  mendesain  kapal katamaran,  seorang  desainer  menggunakan teknik eksperimen ( model test ) dan pemodelan numerik.  Pada  kapal  katamaran,  masalah hambatan  masih  banyak  dibahas  dan didiskusikan.  Hal  ini  dikarenakan  komponen hambatannya  lebih  kompleks  dibanding  kapal lambung tunggal, yaitu rumitnya efek interaksi komponen  hambatan  viskos  dan  gelombang pada  lambung  kapal  katamaran.  Fenomena interaksi  komponen  hambatan  tersebut  masih merupakan  bahasan  ilmiah  yang  terus dikembangkan  [2].    Menentukan  separasi optimal antara lambung dan juga memprediksi interferensi  gelombang  yang  terjadi.  Beberapa kajian  tentang  jarak  antar  lambung  secara sistematis  telah  diteliti  oleh  Insel  dan  rekan- rekannya,  dan  juga  diteliti  oleh  Mollan  dan rekan-rekannya [3]. Kajian tersebut berkesimpulan  bahwa  dengan  perubahan  jarak antara  kedua  lambung  kapal  katamaran memberikan  pengaruh  interferensi  yang signifikasi  terhadap  hambatan  viscos. Disamping  itu  interferensi  gelombang  juga dapat  berpengaruh  terhadap  laju  gelombang akibat  perubahan  jarak  antara  lambung  kapal katamaran.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Kapal Katamaran
Kapal  katamaran  merupakan  jenis  kapal multi hull dengan dua buah lambung ( demihull ) yang  dihubungkan  oleh  suatu  kontruksi sehingga menjadi sebuah kesatuan sebagai satu kapal.  Kedua  demihull  ini  tersusun  dengan rangkaian  bridging.  Struktur bridging ini merupakan  sebuah  keuntungan  katamaran karena  menambah  tinggi  lambung  timbul ( freeboard ).  Sehingga  memungkinkan  terjadi deck  wetness dapat  dikurangi.  Katamaran mempunyai  garis  air  lambung  yang  sangat ramping  dengan  tujuan  untuk  mempertoleh hambatan yang rendah. Garis air yang ramping ini  menyebabkan  katamaran  sensitif  terhadap perubahan distribusi berat.
Gambar 1. Tipikal Konfigurasi Katamaran
B. Komponen Hambatan Kapal
Kapal  yang  bergerak  di  media  air  dengan kecepatan  tertentu,  akan  mengalami  gaya hambat  (tahanan  atau resistance )  yang berlawanan  dengan  arah  gerak  kapal  tersebut. Besarnya  hambatan  kapal  sangat  dipengearui oleh kecepatan gerak kapal ( Vs ), berat air yang dipindahkan  oleh  badan  kapal  yang  tercelup dalam  air  ( displacement ),dan  bentuk  badan kapal  ( hull  form ).  Berdasarkan  pada  proses fisiknya, [4]  mengemukakan bahwa hambatan pada  kapal  yang  bergerak  dipermukaan  air terdiri dari dua komponen utama yaitu tegangan normal  ( normal  stress )  dan  tegangan  geser ( tangential stress ). Tegangan normal berkaitan dengan  hambatan  gelombang  ( wave  making )
dan tegangan viscos. Sedangkan tegangan geser disebabkan  oleh  adanya  viscositas  fluida. kemudian Molland menyederhanakan komponen  hambatan  dalam  dua  kelompok utama  yaitu  hambatan  viscos  ( viscous
Jurnal Sustainable: Jurnal Hasil Penelitian dan Industri Terapan Vol. 06, No. 02, hal. 68- 73, Oktober 2017
resistance )  dan  hambatan  gelombang  ( wave resistance )  yang  tergantung  pada  bilangan Fround ,  dimana  kolerasi  kedua  komponen hambatan  tersebut  diperlihatkan  pada persamaan 1.
Gambar 2. Diagram komponen Hambatan kapal, Molland 2008
( , ) = ( ) + ( ) = (1 + ) ( ) ( ) + ( ) (1)
Hambatan  gelombang (R W ) mengandung komponen fluida ideal ( inviscid ) dan hambatan viscos atau kekentalan ( R V ) meliputi hambatan akibat  tegangan  geser  ( friction  drag )  dan komponen  tekanan  kekentalan  ( viscous pressure ).
Total hambatan  kapal dapat dinyatakan dalam persamaan :
=      ( ) (2)
Dimana :
 : massa jenis (kg/m 3 ) C T : Koefisien hambatan total WSA  : luasan bidang basah
V : kecepatan kapal (m/s)
C. Hambatan Viscos
Hambatan  viskos  adalah  penjumlahan  dari beberapa komponen hambatan yakni hambatan bentuk  ( viscous  form  resistance ),  hambatan gesek lambung kapal ( naked hull skin friction ) dan  hambatan  tahanan  lambung  kapal ( appendage  skin  friction ).  Hambatan  bentuk adalah  integral dari  gaya  normal  yang bekerja pada  lambung,  dimana  besar  hambatannya
tergantung bentuk lambung dibawah permukaan air.
Viscous form resistance dapat juga disebut sebagai hambatan tekanan akibat viskos dimana komponen hambatannya dapat dihitung dengan cara  mengintegralkan  tegangan  normal  akibat viskositas  dan  turbulansi.  Kuantitas  ini  tidak dapat langsung diukur kecuali pada benda yang terbenam  seluruhnya,  dalam  hal  ini  sama dengan  hambatan  tekanan  yang  diperoleh dengan cara mengintegralkan tegangan normal ke  seluruh  permukaan  benda  menurut  arah gerakan benda.

## D. Hambatan Gelombang
Hambatan  gelombang  adalah  komponen hambatan  yang  berkaitan  dengan  penggunaan energi untuk pembentukan gelombang grafitasi atau  bekerjanya  gaya  normal  fluida  pada seluruh badan kapal. Komponen ini dipisahkan menjadi  dua  bagian,  yaitu  hambatan  pola gelombang  ( R WP )  dan  hambatan  gelombang pecah karena besarnya relatif kecil  dan terjadi pada  kecepatan  tinggi  ( high  speed  condition ). Hambatan  gelombang  terjadi  disebabkan  oleh tekanan fluida yang bekerja dalam arah normal terhadap lambung kapal
Pola  gelombang  ( wave  paatern )  oleh  Lord Kelvin    pada  tahun  1904  memberikan persamaan sudut gelombang yang ditimbulkan oleh lambung kapal :
= sin = 19.471 (3)
Gambar 3. Pola elevasi gelombang pada lambung kapal bergerk di air tenang
Interferensi  antara  sistem  gelombang divergen  dan  transversal  memberikan  bentuk karakteristik  gelombang  yang  dapat  diamati karena kedua sistem gelombang bergerak pada kecepatan  yang  sama.  Hubungan  kecepatan
A.H. Yunianto, T. Suhendra, Perhitungan Koefisien Drag dan Koefisien Lift pada Lambung Kapal Kataraman Simetris ( Symmetrical ) dan Tidak Simetris ( Asymmetrical )
kapal  (V),  panjang  gelombang  (  )antar  dua puncak gelombang adalah :
= (4)
Konsep Lift (Gaya Angkat) dan Drag (Gaya Seret)
Drag (Gaya  Angkat)
Setiap  benda  yang  bergerak  melalui  suatu fluida  akan  mengalami drag, D suatu  gaya netto  dalam  arah  aliran  karena  tekanan  dan gaya geser pada permukaan benda.
Koefisien  drag  ( C D )  didefinisikan  sebagai berikut :

## = 1 2

## (5)

## Lift (Gaya Angkat)
Setiap  benda  yang  bergerak  melalui sebuah fluida akan mengalami  gaya netto dari fluida  pada  benda.  Untuk  lambung  simetri, gaya  ini  akan  terjadi dalam  arah  aliran  bebas yaitu  sebuah  drag  ( D ).  Jika  lambung  tidak simetris,  akan terdapat  pula  sebuah  gaya  yang normal  terhadap aliran bebas  yaitu  sebuah  lift ( L ).
= ℒ

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  menjelaskan  tentang skema  aliran  fluida  disekitaran  lambung  kapal katamaran. penyelesaian numerik dan simulasi. Pada  simulasi  akan  diketahui  besarnya komponen  hambatan yang bekerja pada kapal katamaran  untuk  aliran  laminar  dan  turbulen dengan jarak dengan rasio S/L 0.2  sampai S/L 0.4.
1. Skema Aliran fluida di sekitar lambung katamaran Untuk mempermudah dalam
penyelesaikan permasalahan aliran fluida di
sekitar  lambung  katamaran maka  dibuat skema dari permasalahan tersebut. Sehingga, bisa  membantu  untuk  menggambarkan bagaimana  permasalahan  tersebut.  Berikut adalah  skema  yang  dibuat  dalam mereprenstasikan  permasalahan  yang  akan diselesaikan :
Gambar 4. Skema susunan lambung kapal

## katamaran
Pada  skema  diatas  menjelaskan  bahwa sebuah domain bentuk persegi panjang yang digunakan  untuk  meletakkan  konfigurasi jarak  secara  melintang    (S/L).  Dimana S adalah  konfigurasi  jarak  melintang  antara lambung,      adalah  panjang  kapal. konfigurasi  lambung  S/L  =  0.2,  S/L  =  0.3, S/L = 0.4.
2. Komponen Hambatan Kapal Gambar 5. Koefisien drag pada lambung simetris -5.00E+05 -4.00E+05 -3.00E+05 -2.00E+05 -1.00E+05 0.00E+00 CD S/L 0.4 S/L 0.3
S/L 0.2 1  4  7  10  13  16  19  21  24  25 (6)
Jurnal Sustainable: Jurnal Hasil Penelitian dan Industri Terapan Vol. 06, No. 02, hal. 68- 73, Oktober 2017
Gambar 6. Koefisien drag pada lambung tidak simetris
Gambar 7. Koefisien lift  pada lambung simetris
Gambar 8. Koefisien lift  pada lambung tidak simetris
1.2 Bentuk aliran streamline
Gambar 9. Bentuk aliran streamline simetris dan tidak simetris

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi,  maka  dapat disimpulkan bahwa
1. Aliran  fluida  yang  melewati  lambung kapal  adalah  Semakin  kecil  jarak  antara lambung  katamaran  (S/L)  maka  semakin besar  hambatan  yang  terjadi  dan  semakin besar  jarak  lambung  secara  melintang (S/L)  maka  semakin  kecil  efek  hambatan untuk masing-masing rasio R/L.
2. Untuk lambung simetris dengan jarak rasio (S/L) semakin jauh  maka nilai drag akan semakin  kecil  sedangkan  bentuk  lambung tidak  simetris  menunjukan  bahwa  kapal denagn jarak  rasio  S/L 0.2 semakin  besar dari pada jarak rasio S/L 0.4.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Dr.  A.  Jamaluddin  dari  Institut Teknologi  Sepuluh  Nopember  Surabaya  yang telah mendapatkan data hasil pengujian towing tank,  dan  Prof.  Basuki  Widodo,  M.Sc,  Ph.D selaku  dosen  yang  mengajarkan  tentang pemodelan numerik.
R EFERENSI
[1]  Moraes,  H.B.,  Vasconcellos,  J.M.,  dan Almeida,  P.M.  (2007), MultipleCreteria Optization  Applied  to  Hight  Speed Catamaran  Preliminary  Desain,  Ocean Enggineering, Volume 34,, pp. 133-147
[2]  Doctors,  L.J.  and  Scrace,  R.J (2003).”optimization  of  trimaran  sidehull for  minimum  restitance”, Proceedings  of seventh international Conferrence on Fash
-3.00E+05 -2.00E+05 -1.00E+05 0.00E+00 CD S/L 0.4 S/L 0.3 S/L 0.2 Monohull 1  4  7  10  13  16  19  21  24  27  30  33  37 -4.00E+05 -2.00E+05 0.00E+00 2.00E+05 4.00E+05 6.00E+05 8.00E+05 1.00E+06 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 CL S/L 0.4 S/L 0.3 S/L 0.2 Monohull -2.00E+05 0.00E+00 2.00E+05 4.00E+05 6.00E+05
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
CL S/L 0.4
S/L 0.3 S/L 0.2 Monohull
A.H. Yunianto, T. Suhendra, Perhitungan Koefisien Drag dan Koefisien Lift pada Lambung Kapal Kataraman Simetris ( Symmetrical ) dan Tidak Simetris ( Asymmetrical )
Sea  Transportation  ,  FAST,  Ischia-Italy  , Oktober [3]  Insel,  M  and  Molland,  A  F  (1992). An Investigation into the Resistance Components  of  High  Speed  Displacement Catamarans. Trans RINA Vol 134 . [4] Couser, P., Molland, A. F Armstrong N and Utama  I  K  A  P  (1997),  “Calm  Water Powering  Predictions  for  High  Speed Catamarans”, Prosc.  Of  international Conference  on  Fast  Sea  Transfortation, FAST 1997, Sydney, 21-23 July [5] Jamaludin, A, Utama, I.K.A.P & Hamdani, M.  Arief.  (2010), “  Kajian  Interferensi Koefisien Hambatan Pada Lambung Kapal
Katamaran Melalui Komputasi Slendernbody  Method”. Majalah  Ilmiah Pengkajian  Industri.  Deputi  Teknologi Industri  Rancang  Bangun  &  Rekayasa Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Jakarta [6] Jamaludin, A, Utama, I.K.A.P., Widodo, B., Molland,  A.F.,(2012), Experimental  and Numeric  Study  of  the  Resistance Component  Interaction  of  Catamaran, Journal  Engineering  for  the  Maritime Environment,  Trans.  The  Institution  of Mechanikal Engineers Part M, ISSN 1475- 0902.