ISSN  : 1978-1105 E-ISSN : 2722-5445

## ANALISIS DEFORMASI TANGKI ANTI ROLLING AKIBAT PERUBAHAN KETEBALAN DINDING TANGKI FIBER MENGGUNAKAN SIMULASI
Reico H. Siahainenia*
Program Studi Teknik Perkapalan, Universitas Pattimura, Kota Ambon, Indonesia
Debby R. Lekatompessy
Program Studi Teknik Perkapalan, Universitas Pattimura, Kota Ambon, Indonesia
Richmon J. Maitimu
Program Studi Teknik Perkapalan, Universitas Pattimura, Kota Ambon, Indonesia
*E-mail korespondensi: ekoadvmal@gmail.com

## ABSTRAK
Banyaknya kecelakaan kapal kayu tradisional diakibatkan karena stabilitas kapal yang menjadi buruk karena penempatan muatan di atas geladak kapal. Salah satu solusi yang dapat dilakukan adalah dengan membuat tangki anti rolling yang diletakkan pada bagian tengah kapal. Tangki anti  rolling  yang  digunakan  harus  kuat  dalam  menerima  beban  kerja  akibat  gaya  tekan hidrostatis  air  yang  ada  di  dalamnya.  Pada  penelitian  ini  dilakukan  analisis  deformasi  yang terjadi  akibat  perubahan  ketebalan  tangki  bermaterial  Fiber  Reinforced  Plastic  (FRP)  yang digunakan  sebagai  tangki  anti  Rolling.  Perhitungan  dilakukan  menggunakan  metode  Finite Element  Analysis (FEA)  dengan  bantuan  software.  Ketebalan  tangki  FRP  yang  digunakan bervariasi  antara  5  mm  –  12,5 mm. Berdasarkan  variasi  ketebalan  dinding  FRP  tangki  anti rolling maka nilai deformasi yang diperoleh diperoleh bahwa ketebalan yang terbaik adalah di 12,5 mm. Secara teknis hal ini adalah hasil yang terbaik, tetapi tidak secara ekonomis. Semakin tebal material tangki akan menambah volume LWT kapal, yang akhirnya mengurangi daya muat kapal. Solusi lain perlu dicari agar penambahan volume material dinding dapat ditekan dengan menggunakan penguat struktur yang lebih ringan.
Kata Kunci: deformasi, tangki anti rolling, simulasi, Fiber Reinforced Plastic (FRP).

## ABSTRACT
The high number of traditional wooden boat accidents is caused by poor vessel stability due to the placement of cargo on the deck. One solution that can be implemented is to install an anti- rolling  tank  in  the  center  of  the  boat.  The  anti-rolling  tank  used  must  be  strong  enough  to withstand the working load caused by the hydrostatic pressure of the water inside it. This study analyzes  the  deformation  that  occurs  due  to  changes  in  the  thickness  of  the  Fiber  Reinforced Plastic (FRP) tank used as an anti-rolling tank. Calculations were performed using the Finite Element Analysis (FEA) method with the help of software. The thickness of the FRP tank varied between 5 mm and 12.5 mm. Based on the variation in the thickness of the FRP anti-rolling tank walls, the deformation values obtained indicated that the best thickness was 12.5 mm. Technically, this is the best result, but not economically. Increasing the tank material thickness will add to the vessel's  Light  Weight  Tonnage  (LWT),  which  ultimately  reduces  the  ship's  cargo  capacity. Another solution needs to be found to minimize the additional volume of wall material by using lighter structural reinforcements.
Keywords: deformation, anti-rolling tank, simulation, Fiber Reinforced Plastic (FRP).

## 1. PENDAHULUAN
Banyak penelitian anti rolling kapal dilakukan (George & Cho, 2021) hingga kapal hidrofoil trimaran. Tetapi untuk kapal-kapal rakyat belum banyak dilakukan. Perlu dilakukan pemanfaatan tangki  rolling  pada  kapal  rakyat  mengingat  kebiasaan  penumpang  menaruh  muatannya  di  atas geladak  kapal  yang  membahayakan  kestabilan  kapal  dalam  beroperasi.  Beberapa  metode dilakukan  para  peneliti  sebelum  untuk  memaksimalkan  manfaat  tangki  anti  rolling  (Lin  et  al., 2021).  Tangki anti-rolling kapal  Pelayaran  Rakyat  (Pelra)  pada  penelitian  (Siburian,  2021) berhasil mengembalikan periode rolling kapal kayu ke standar periode rolling . Saat variasi tinggi sarat  air  100%  dalam  tangki  menunjukan  perubahan  nilai  periode rolling memenuhi  kriteria standar periode rolling (Bhattacharyya, 1978) pada kapal penumpang barang yaitu 10,5  – 14,5 detik. Kondisi tersebut membutuhkan konstruksi tangki yang kuat, diperlukan pemilihan material pembuat tangki yang kuat namun tetapi ringan.
Fiberglass  dijadikan  material  pelat  dan  penguat  pelat  dinding  tangki anti-rolling selain karena memiliki sifat kedap air yang baik dibanding memilih material konstruksi lain seperti kayu (Lekatompessy,  2023b).  Meskipun  demikian  penambahan  berat  total  kapal  tetaplah  terjadi, sehingga  pelat  konstruksi  tangki  harus  memiliki  ketebalan  dinding  dan  variasi  penempatan penguat yang optimal demi mencegah pelat tangki pecah akibat gaya hidrostatis air  dari dalam saat  operasional  kapal.  Keputusan  Menteri  Perhubungan  nomor  KM.  58  tahun  2007  untuk menyesuaikan segala pelayaran baik  di  sungai  danau  dan  laut  melarang  pemuatan  ke  geladak cuaca sebagai pemuatan penumpang atau barang.
Tangki anti-rolling yang  terpasang  pada  kapal  dipastikan  menjadi  solusi  kasus  di  atas. Konstruksi  dinding  tangki  harus  memilki  ketebalan  yang  optimum  (Lekatompessy,  2021; Peshkov et al., 2023), namun tidak menambahi berat total kapal dan biaya produksi pemasangan tangki  pada  kapal.  Penerapan Tangki anti-rolling pasif  yang dipasang di dalam lambung kapal mampu meredakan gerakan rolling , harus memilki ketebalan dinding maupun pelat alas dan pelat tutup seminimal mungkin dalam menerima tekanan hidrostatis air di dalam tangki (Lutfi et al., 2023). Material konstruksi tangki yang digunakan adalah fiberglass jenis E-glass. Dimensi tangki yang  sudah  ditetapkan  pada  penelitian  sebelumnya  kembali  perlu  dianalisis  pemilihan  tebal selubung untuk mendapatkan desain yang efisien (Fomin et al., 2022).

## 2. BAHAN DAN METODE
Objek  pada  penelitian  ini  adalah  kapal  penumpang  KM.  Harapan  Mujur  II.  Berikut spesifikasi dan dimensi utama KM. Harapan Mujur II:
Panjang keseluruhan (LOA) : 32,50  m Panjang garis air (LWL) : 28,28  m Panjang antara garis tegak (LBP) : 28,00  m Lebar (B) : 6,25 m Tinggi geladak (H) : 2,50 m Tinggi sarat (T) : 1,87 m Koefisien blok (Cb) : 0,78 Koefisien mid ship (Cm) : 0,89 Koefisien garis air (Cwl) : 1,15 Koefisien prismatik (Cp) : 0,87 Kecepatan (Vs) : 13 Knot
Propertis material fiberglass yang  diinput  pada engineering  data adalah  sebagai  berikut (Lekatompessy, 2023a), penelitian tersebut menggunakan fiberglass E-glass. Jenis ini merupakan jenis yang paling umum digunakan bahkan dalam industri perkapalan karena kemudahan untuk memperoleh bahan penyusunnya (Tafsirojjaman et al., 2022; Vizentin & Vukelic, 2022). 1. Density = 2500 kg/m 3
2. Young’s Modulus = 7,2E+10 Pa
3. Poisson’s Ratio = 0,22
4. Bulk & Shear Modulus = 4,2857E+10 Pa & 2,9508E+10 Pa
Ukuran tangki anti-rolling yang digunakan adalah sebagai berikut dengan variasi ketebalan pelat tangki 5 mm, 7,5 mm, 10 mm, 12,5 mm.
 Lebar tangki = 5,70 m  Panjang tangki
= 1,04 m  Tinggi tangki ( hatch cover ) = 2,13 m  Tinggi tangki = 1,87 m
Desain  tangki anti-rolling dengan  Autocad  3D  dilanjutkan  pada  proses  simulasi.  Proses simulasi digunakan sebagai metode yang murah, efisien waktu dan biaya dengan tingkat validitas cukup tinggi (Cercos-Pita et al., 2016; Chen et al., 2023; J. Lin et al., 2022).
Berdasarkan data, diambil rataan dari selisih setiap kenaikan tebal tangki sebagai berikut:
 Selisih volume pelat pada ketebalan 5 mm dan 7,5 mm = 0,076 mm 3
 Selisih volume pelat pada ketebalan 7,5 mm dan 10 mm
= 0,082 mm 3
 Selisih volume pelat pada ketebalan 10 mm dan 12,5 mm = 0,091 mm 3  Rataan selisih kenaikan volume = 0,083 mm 3
Model dibuat dengan bantuan  simulasi di mana software untuk struktur digunakan. Finite Elemen Hingga digunakan untuk menyelesaikan perhitungan yang dibutuhkan. Tahapan umum yang digunakan adalah penggambaran model geometri dengan bantuan software AutoCAD yang dilanjutkan dengan proses meshing (diskritisasi elemen konstruksi), dengan hasil akhir diperoleh nilai tegangan kerja dan deformasi yang terjadi pada tangki. Model ini sudah digunakan di banyak industri  seperti  dilakukan  beberapa  peneliti  untuk  mendesain  menguji  kekuatan  tangki  dalam menerima beban hidrostatis (Das et al., 2022). Desain tangki dibuat dengan selubung yang mampu menerima beban yang diberikan (Zingoni, 2015).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Ketebalan pelat tangki anti-rolling 5 mm Simulasi dilakukan terhadap  tangki dengan masing-masing nilai pembebanan ( hydrostatic pressure ).  Hasil  simulasi  ini  berupa  nilai  total  deformasi  dari  sistim.  Hasil  simulasi  berupa deformasi dapat dilihat dari warna, dimana warna merah menandakan nilai deformasi maksimum atau kritis, selanjutnya kuning, hijau, biru dimana biru tua menandakan nilai minimum deformasi total yang terjadi pada sistim. Hasil simulasi deformasi pada tangki anti-rolling , tebal pelat 5 mm ditunjukkan pada Gambar 1.
Akibat gaya tekan hidrostatis menimbulkan deformasi tangki pada area lendutan terbesar, artinya deformasi maksimum memiliki letak sesuai dengan letak lendutan dan tegangan terbesar terjadi. Deformasi maksimum pada tebal panel 5 mm  adalah 0,613 mm yang terletak pada bagian tengah tangki, sementara deformasi minimumnya adalah 0 mm yang terjadi pada area sekitar fixed support berada.
Gambar 1 . Deformasi tangki dengan ketebalan pelat 5 mm

## b. Ketebalan pelat tangki anti-rolling 7,5 mm
Setelah  dilakukan  simulasi  pada  tangki  dengan  masing-masing  nilai  pembebanan ( hydrostatic pressure ) maka akan didapatkan hasil simulasi. Hasil simulasi ini berupa deformasi. Hasil  simulasi deformasi tangki anti-rolling , tebal pelat 7,5 mm ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2 . Deformasi tangki dengan ketebalan pelat 7,5 mm
Deformasi  tangki  pada  area  lendutan  terbesar,  artinya  deformasi  maksimum  memiliki deformasi  maksimum  pada  tebal  panel  7,5  mm  adalah  0,166  mm  yang  terletak  pada  bagian tengah  tangki,  sementara  deformasi  minimumnya  adalah  0  mm  yang  terjadi  pada  area  sekitar fixed support berada.

## c. Ketebalan pelat tangki anti-rolling 10 mm
Setelah  dilakukan  simulasi  pada  tangki  dengan  masing-masing  nilai  pembebanan ( hydrostatic pressure ) maka akan didapatkan hasil simulasi. Hasil simulasi ini berupa tegangan dan  deformasi.  Hasil  simulasi  tegangan  dan  deformasi  tangki anti-rolling ,  tebal  pelat  10  mm ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 . Deformasi tangki dengan ketebalan pelat 10 mm
Nilai Deformasi  tangki  pada  area  lendutan  terbesar  atau  deformasi  maksimum  pada  tebal panel 10 mm adalah  0,060  mm  yang terletak  pada  bagian tengah  tangki,  sementara  deformasi minimumnya adalah 0 mm yang terjadi pada area sekitar fixed support berada.
d. Ketebalan pelat tangki anti-rolling 12,5 mm
Hasil simulasi tegangan dan deformasi tangki anti-rolling , tebal pelat 12,5 mm ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Deformasi tangki dengan ketebalan pelat 12,5 mm
Deformasi tangki maksimum pada tebal panel 12,5 mm adalah 0,042 mm yang terletak pada bagian tengah tangki.
Dari hasil simulasi tangki anti rolling dengan ketebalan 5 mm, 7,5 mm, 10 mm dan 12,5 mm diperoleh  bahwa  tangki  dengan  ketebalan  12,5  mm  memiliki  hasil  terbaik,  terlihat  dari  nilai deformasi total terkecil diperoleh pada ketebalan ini seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.

## 4. KESIMPULAN
Penelitian ini membuktikan bahwa  dimungkinkan untuk kapal-kapal rakyat  menggunakan peredam rolling ini, asalkan didesain kuat dan efisien dari segi pemakaian material pembuatnya. Ketebalan dinding tangki bermaterial FRP berpengaruh pada besar nilai deformasi yang terjadi. Penambahan  nilai  kekakuan  seiring  penambahan  ketebalan  material  dinding  tangki
mengakibatkan  berkurangnya  deformasi  yang  terjadi  pada  sistim.  Secara  teknis  penambahan ketebalan berdampak baik  pada bertambahnya kekuatan konstruksi  dan memperbaiki stabilitas kapal, tetapi perlu dipertimbangkan berat kapal kosong yang akan bertambah pula dan berdampak pada berkurangnya muatan yang dapat diangkut oleh kapal.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih  disampaikan  kepada  kepala  Laboratorium  Struktur  dan  Kekuatan  Kapal  dan Kepala Laboratorium Hidrostatis Program Studi Teknik Perkapalan Universitas Pattimura yang sudah  memfasilitasi  peneliti  dalam  melakukan  simulasi  dan  olah  data  selama  penelitian  ini berlangsung.

## DAFTAR PUSTAKA
Bhattacharyya, R. (1978). Dynamics of Marine Vehicles . Wiley.
Cercos-Pita, J. L., Bulian, G., Pérez-Rojas, L., & Francescutto, A. (2016). Coupled simulation of nonlinear  ship  motions  and  a  free  surface  tank. Ocean  Engineering , 120 ,  281–288. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.03.015
Chen, C., Liu, Y., Zhang, W., He, Y., & Tang, Y. (2023). Free roll decay simulation of a polar research vessel with an anti-roll tank based on CFD. Ocean Engineering , 285 , 115429. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.115429
Das, A., Maity, D., & Kumar Bhattacharyya, S. (2022). Investigation on the efficiency of deep liquid  tanks  in  controlling  dynamic  response  of  high-rise  buildings:  A  computational framework. Structures , 37 , 1129–1141. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.01.077
Fomin, O., Lovska, A., Bohomia, V., & Berestovoi, I. (2022). Determination of dynamic loading of a tank wagon with malleable links between the pot and the frame. Procedia Structural Integrity , 36 , 239–246. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.01.030
George,  A.,  &  Cho,  I.-H.  (2021).  Anti-slosh  effect  of  a  horizontal  porous  baffle  in  a swaying/rolling rectangular tank: Analytical and experimental approaches. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering , 13 , 833–847.
https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2021.10.001
Lekatompessy, D. R. (2021). The effect analysis of the stiffness changes of a Traditional Fishing
Boat Foundation on Vibration Amplitude. TEKNIK , 42 (1), 71–78. https://doi.org/10.14710/teknik.v42i1.30978
Lekatompessy,  D.  R.  (2023a).  Analysis  of  rubber  as reduction  vibration  material  on  FRP  ship walls. AIP Conference Proceedings , 2588 (1), 040007. https://doi.org/10.1063/5.0111899
Lekatompessy,  D.  R.  (2023b).  Local  vibration  reduction  of  machine  support  systems  through transmissibility pattern analysis in resonant construction. AIP Conference Proceedings , 2588 (1), 040012. https://doi.org/10.1063/5.0111908
Lin, J., Guo, C., Zhao, D., Han, Y., & Su, Y. (2022). Hydrodynamic simulation for evaluating Magnus  anti-rolling  devices  with  varying  angles  of  attack. Ocean  Engineering , 260 , 111949. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.111949
Lin, J.-F., Han, Y., Su, Y.-M., Wang, Y., Zhang, Z.-T., & Jiang, R.-Q. (2021). Hydrodynamic performance  of  a  Magnus  anti-rolling  device  at  zero  and  low  ship  speeds. Ocean Engineering , 229 , 109008. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.109008
Lutfi, Y. M., Adiputra, R., Prabowo, A. R., Utsunomiya, T., Erwandi, E., & Muhayat, N. (2023).
Assessment  of  the  stiffened  panel  performance  in  the  OTEC  seawater  tank  design: Parametric  study  and  sensitivity  analysis. Theoretical  and  Applied  Mechanics  Letters ,
13 (4), 100452. https://doi.org/10.1016/j.taml.2023.100452
Peshkov, R., Varkentin, V., Ismagilov, D., & Mikhailov, E. (2023). Study of Strength Properties of the Designed Tank for Marine Transportation of Liquefied Natural Gas in the Arctic Conditions. Transportation Research Procedia , 68 , 819–824.
https://doi.org/10.1016/j.trpro.2023.02.115
Siburian, Y. (2021). Kajian Eksperimental Penggunaan Tangki Anti-Rolling Terhadap Periode Rolling Kapal Kayu [Skripsi]. Pattimura.
Tafsirojjaman, T., Ur Rahman Dogar, A., Liu, Y., Manalo, A., & Thambiratnam, D. P. (2022). Performance and design of steel structures reinforced with FRP composites: A state-of- the-art review. Engineering Failure Analysis , 138 , 106371. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106371
Vizentin, G., & Vukelic, G. (2022). Marine environment induced failure of FRP composites used in maritime transport. Engineering Failure Analysis , 137 , 106258.
https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106258
Zingoni,  A.  (2015).  Liquid-containment  shells  of  revolution:  A  review  of  recent  studies  on strength, stability and dynamics. Thin-Walled Structures , 87 , 102–114.
https://doi.org/10.1016/j.tws.2014.10.016