http://ejournal.undip.ac.id/index.php/kapal
1829-8370 (p) 2301-9069 (e)

## Analisa Hidrodinamika Kapal Container Sarat Rendah
Baharuddin Ali 1*) , Nurman Firdaus 1) , Nurhadi 1)

## 1)Balai Teknologi Hidrodinamika – BPPT
Jl. Hidrodinamika (komplek ITS) Sukolilo – Surabaya, Indonesia 60111
diajukan pada : 14/08/17          direvisi pada : 28/09/17          diterima pada : 12/10/17

## Abstrak
Kapal container sebagai sarana angkutan barang berpengaruh vital terhadap laju percepatan perekonomian nasional. Kondisi perairan Indonesia yang kedalaman dan fasilitas pendukung pelabuhan bervariasi serta efisiensi operasional kapal  menjadi  pertimbangan  dalam  mendesain  kapal.  Penggunaan  kapal  sarat  rendah  tipe  barge  bermesin  sebagai pengangkut container, Self Propelled Container Barge (SPCB) saat ini banyak menjadi pilihan operator kapal dalam melayani  pengiriman  barang  dengan  container.  Penelitian  ini  menyajikan  analisis  hidrodinamika  kapal  SPCB  100 TEUs dengan metode pengujian model meliputi seakeeping, turning dan zig-zag manuvering serta resistance test. Dari hasil  uji  seakeeping  diketahui  bahwa  respon  gerak  kapal  pada  kondisi  gelombang  sea-state  4  masih  dalam  batas toleransi dengan memperhatikan kombinasi kecepatan dan arah heading kapal. Kinerja  manuvering turning dan zig- zag  kapal  dalam  batas  aman  yang  ditetapkan  IMO.  Dari  hasil  uji  resistance  didapatkan  kecepatan  maksimal  yang optimum  kapal  adalah  12  knot.  Selain  besaran  terukur,  uji  hidrodinamika  dengan  model  memberikan  gambaran fenomena saat kapal beroperasi di laut, sehingga menjadi informasi yang penting dalam desain dan operasional kapal.
Copyright © 2017, KAPAL , 1829-8370 (p), 2301-9069(e)
Kata Kunci : Uji Hidrodinamika, SPCB 100 TEUs, Seakeeping, Maneuvering, Resistance

## 1. PENDAHULAN
Salah  satu  aspek  penting  yang  sangat dibutuhkan dalam perpindahan barang antar pulau adalah  tersedianya  kapal-kapal  yang  lebih  murah dan efisien. Sehingga keberadaan armada tersebut mempunyai  peran  yang  sangat  penting  dalam menunjang  berbagai  kegiatan  ekonomi.  Kapal  - kapal  dengan  sarat  rendah  atau  rasio  B/T  besar menjadi  pilihan  beberapa  operator  pelayaran nasional  dengan  berbagai  pertimbangan  efisiensi. Penggunaan  kapal  tipe  barge  bermesin  sebagai pengangkut  container,  tipe  kapal  Self  Propelled Barge  (SPB)  saat  ini  banyak  menjadi  pilihan operator kapal dalam melayani pengiriman barang (batubara,  container,  semen,  pupuk).  Terkait desain  SPB,  beberapa  penelitian  telah  dilakukan oleh  beberapa  penulis,  kajian  resistance  dengan metode Computational  Fluid  Dynamic (CFD)  [1]
analisa perhitungan  keselamatan dan stabilitas [2] [3]  [4],    penentuan  ukuran  utama  SPB  [5]  [6]. Program  pemerintah  dalam  usaha  pemerataan pembangunan  dengan  mencanangkan  program pembangunan  kapal-kapal  container,  maka Self Propelled Container  Barge 100  TEUs  bisa menjadi salah satu alternatif.
Karena  nilai  investasi  yang  besar  dalam pembangunan  sebuah  kapal  maka  perhitungan yang  cermat  serta  prediksi  operasional  yang  tepat perlu  dilakukan.  Dalam  tahap  desain,  selain perhitungan  numerik  perlu  dilakukan  pengujian model  melalui  uji  hidrodinamika  sebagai  acuan utama dalam pembangunan sebuah kapal.
Pembangunan  SPCB  dalam  jumlah  besar perlu  dukungan  kajian  kinerja  kapal  yang memadai  sebelum  kapal  tersebut  dibangun. Sebagian besar kajian kinerja kapal menggunakan metode  numerik,  keakuratan  hasil  berdasarkan CFD  belum  bisa  menunjukkan  fenomena  non- linear  saat  kapal  beroperasi  di  laut.  Meskipun
*) Penulis Korespondensi : Email : baharuddin.ali@bppt.go.id

## JURNAL ILMU PENGETAHUAN & TEKNOLOGI KELAUTAN KAPAL
hasil  uji  model  mempunyai  keakuratan  lebih dibanding  simulasi  numerik  tidak  semua  kondisi bisa  dilakukan  pengujian  dikarenakan  biaya  yang besar  dalam  melakukan  suatu  uji  model hidrodinamika.  Maka  pada  tulisan  ini  disajikan hasil  uji  hidrodinamika  model  kapal  SPCB  100 TEUs seakeeping , manuvering dan resistance test dalam beberapa kondisi tertentu.

## 2. METODE
Pengujian  model  dilakukan  pada  model  dan body  plan  SPCB  100  TEUs  masing-masing  pada Gambar  1dan  2.  Ukuran  utama  kapal  disajikan dan  skala  model  seperti  terlihat  pada  Tabel  1. Pengujian dilakukan dengan mensimulasikan pada kondisi  muatan  penuh.  Pengujian seakeeping dan maneuvering dilakukan  pada  fasilitas  kolam  uji manueuvering ocean basin (MOB), sedangkan uji tahanan  kapal  ( resistance  test )  dilakukan  pada kolam towing tank (TT) dimana fasilitas kolam uji tersebut milik Laboratorium Hidrodinamika Indonesia – BPPT, Surabaya.[7]
Untuk  pengujian seakeeping dilakukan  pada kondisi  gelombang  irreguler,  tinggi  gelombang siknifikan Hs = 2 m dan peak period Tp = 6.5 sec, kondisi  ini  setara  dengan  sea-state  4,  dengan  tipe spektrum  Pierson-Moskowitz,  arah heading 135 deg  ( bow  quartering  seas )  dan  180  deg  ( head seas ). Kedua heading tersebut kemungkinan besar terjadi saat kapal beroperasi di laut, tetapi heading 90  deg  memiliki  resiko  terbesar  dan  operator kapal  dalam  operasinya  akan  menghidarinya.  Uji turning  manuver  dilakukan  pada  kondisi calm water dengan  sudut  kemudi  35  deg  sedangkan maneuver zig-zag dengan sudut kemudi 20/20 deg pada kecepatan 11 knot.
Sebelum  melakukan  pengujian seakeeping dan manuvering, dilaksanakan pengaturan distribusi  berat  model  sehingga  didapatkan  titik berat  memanjang  dan  vertikal  model  kapal  sesuai dengan  kondisi  titik  berat  kapal.  Pengecekan roll natural period dilakukan dengan decay test .
Tabel 1. Ukuran Utama Kapal
Simbol (unit) Dimensi (m) Lpp (m) 69,20 B (m) 17,20 D (m) 4,90 T (m) 3,50  (ton) 3327 VCG (m) 5,00 LCG dari AP (m) 31,50 Skala 23,067

## Gambar 1. Model SPCB 100 TEUs
Gambar 2. Body plan SPCB 100 TEUs
Pengujian seakeeping dan maneuvering dilakukan  dengan  menggunakan  metode free running .  Metode  ini  menggunakan  sistem penggerak  yang  dapat  dikendalikan,  sehingga model  dapat  bergerak  dalam  6  derajat  kebebasan. Untuk  mendapatkan  data  gerak  model  kapal dilakukan  dengan  cara  menggunakan  sistem wireless  optical  tracking .  Sensor  target  yang terpasang  pada  model  akan  dideteksi  oleh peralatan motion  tracking yang  selanjutnya direkam  dalam  bentuk  data  gerakkan  model sehingga  menggambarkan  fenomena  gerakkan kapal tersebut saat beroperasi di lautan.
Untuk mengetahui karakteristik gaya tahanan kapal  perlu  dilakukan resistance  test dengan memvariasikan  kecepatan  kapal  sesungguhnya antara  Vs  =  9  ~  14  knot  dalam  skala  model. Pengujian resistance dilakukan dengan menghubungkan model pada lengan penarik  yang terhubung ke alat ukur gaya ( load cell ), kemudian ditarik  oleh carriage .  Dari  gaya  yang  terekam  itu akan  memberikan  informasi  gaya  tahanan  akibat gesekkan  lambung  kapal  dengan  fluida  air.  Gaya tahanan berkaitan dalam penentuan daya penggerak  maupun  sistim  propulsi  kapal  untuk mencapai kecepatan tertentu.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Seakeeping
Dari  hasil  pengujian  ini  hanya  gerak heave , roll dan pitch dilakukan  analisa  karena    mode gerak  kapal  ini  yang  dominan  terjadi  pada  kapal dibandingkan mode gerak surge , sway dan yaw . Analisa seakeeping dilakukan dengan menyajikan data dalam bentuk distribusi probabilitas  kejadian  dan  dibandingkan  dengan distribusi  probabilitas  Rayleigh  untuk  melihat linearitas  pola  gerakkan  kapal.  Penyajian  data
probabilitas  dimaksudkan  untuk  mempermudah pembacaan hasil analisa gerak kapal dengan acuan prosentase  kejadian  gerak  pada  waktu  tertentu. Sehingga dengan cukup membaca peak value dari terkecil  hingga  terbesar  tanpa  mengubah  besaran yang  lain  akan  terbaca  pola  kejadian  dalam  suatu range  waktu  pengukuran.  Persamaan  distribusi kumulatif Rayleigh sebagai berikut :
𝑃 (𝑋 ≤ 𝑥) = 1 − 𝐸𝑋𝑃(−𝑥 2 /2𝜎 2 (1)
dimana x adalah nilai puncak atau peak value kejadian  (positif  maupun  negatif)  setiap  cycle kejadian, dan  adalah standar deviasi data.
Gambar 3. Distribusi probabilitas gerak heave pada heading 135 deg
Gambar 4. Distribusi probabilitas gerak roll pada heading 135 deg
Gambar 5. Distribusi probabilitas gerak pitch pada heading 135 deg
Distribusi  probabilitas  gerak heave , roll dan pitch masing-masing  heading  135  deg  dan  180 deg  disajikan  pada  Gambar  3  ~ 8.  Penyajian  data hasil uji model SPCB 100 TEUs lambang ■ dan □ masing-masing  menujukkan  nilai  puncak  positif dan negatif.
Pada Gambar 3 ~ 8 terlihat bahwa gerakkan kapal akan  terdistribusi  secara  normal  untuk  amplitudo gerakkan  kecil,  namun  akan  menjadi  non-linier manakala  respon  gerak  membesar.  Hal  ini ditunjukkan  pada  bagian  ujung-ujung  yang  akan menjauhi distribusi Rayleigh. Prediksi gerak kapal secara  numerik  akan  mengalami  deviasi  atau berkurangnya  keakuratan  apabila  prediksi  dengan kondisi  ekstrim,  karena  perhitungan  numerik banyak menggunakan asumsi linier.
Hasil  pengujian  model  menunjukkan  adanya non-linieritas gerakkan kapal  dan akan mendekati kondisi sesungguhnya. Pada pengujian seakeeping SPCB  100  TEUs heading 135  deg  dan  180  deg tidak  terlihat  efek  greenwater  terhadap  badan kapal.  Sehingga  penelitian  ini  tidak  menjelaskan pengaruh  kejadian  greenwater  terhadap  kapal SPCB 100 TEUs.
Pada kondisi perairan ekstrim sea-state 4 ini, gerakkan
SPCB 100
TEUs memiliki kecenderungan  tidak  simetris  antara  kiri  dan kanan pada kondisi heading 135 deg dibandingkan  pada  kondisi  180  deg.  Hal  ini dimungkinkan akibat gelombang datang dari salah satu sisi kapal secara bow quartering saat heading 135 deg. Fenomena ini dapat terlihat jelas dengan adanya pengujian hidrodinamika.
Pada  gerak heave untuk  kedua  kondisi heading cenderung  linear  dengan  probabilitas maximum  dibawah  2%  untuk  amplitudo heave setengah dari sarat kapal. Heaving adalah gerakan vertikal  keatas  maupun  kebawah  sebuah  kapal terhadap  titik  pusat  gravitasinya  dan  biasanya berhubungan  dengan couple  pitching .  Gerakan porpoising  yang  besar  ( couple  heaving dan pitching )  kemungkinan  akan  mengakibatkan parametric rolling, yaitu  gerak roll berlebihan dalam arah head seas (180 deg).
Maximum pitch pada heading 135 deg adalah 3  deg  dan  pada heading 180  deg  adalah  5.2  deg, dengan  masing-masing  probabilitas  kejadian 1.5%.  Pengaruh  gerak pitching ini  berpengaruh juga terhadap slamming , deck wetness dan vertical acceleration . Dalam standard criteria [8] NORDFORSK  1987  untuk  golongan merchant ship , RMS ( Root Mean Square , RMS = 4  ) gerak pitch diberikan limit 1.5 deg. Dari hasil pengujian
0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 0.1 0.2 1 2 10 20 100 peak value = positive = negative Exp.   Rayleigh Exce e d a n ce p ro b a b il it y o f h e a ve [ % ] Peak value [ m ] 0 2 4 6 8 10 0.1 0.2 1 2 10 20 100 peak value = positive = negative Exp.   Rayleigh Exc e e d a n ce p ro b a b il it y o f ro ll [ % ] Peak value [ deg ] 0 1 2 3 4 0.1 0.2 1 2 10 20 100 peak value = positive = negative Exp.   Rayleigh Exce e d a n ce p ro b a b il it y o f p it ch [ % ]
didapatkan hasil 0.674 deg untuk heading 180 deg dan 0.844 deg untuk 135 deg.
Salah  satu  mode  gerak  kapal  yang  vital adalah  gerak roll ,  karena  mode  gerak  ini berhubungan  dengan  stabilitas  kapal.  Hasil  uji model pada Gambar 4 dan 7 menunjukkan respon maksimum roll pada  heading  180  deg  terlihat lebih  kecil  75%  dibandingkan  saat heading 135 deg.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  sudut heading kapal  berpengaruh  pada  respon  gerak  roll  kapal. Pada  kedua heading diketahui  non-linieritas terjadi dengan kejadian maksimal 10%. Dari hasil pengujian ini diketahui bahwa RMS pada heading 180  deg  adalah  1.246  deg,  sedangkan  pada heading  135  deg  adalah  1.749  deg, standard criteria NORDFORSK  1987  untuk  golongan merchant  ship,  RMS  gerak roll diberikan  limit  6 deg.

## 3.2. Maneuvering
Salah  satu  ketentuan  dalam  regulasi  kapal yang  disyaratkan  IMO  Resolution  A.751(18) tahun 1993 [9] serta IMO Resolution
MSC.137(36) tahun 2002 [10] adalah kemampuan manuverabilitas  kapal.    Kemampuan  manuver turning circle dan zig-zag menjadi sangat penting bagi sebuah kapal karena terkait pada keselamatan pelayaran.
Hasil  pengujian  model turning  circle manuver  dan  zig-zag  manuver  SPCB  100  TEUs masing-masing  disajikan  pada  Gambar  9  dan  10. Karakteristik  gerakkan  memutar  kapal  untuk putaran  pertama  akan  memotong  lintasan  awal saat  membentuk  satu  lingkaran,  dan  putaran berikutnya  mengikuti  pola  gerakkan  putaran pertama.  Dari  hasil  pengujian  turning    diketahui SPCB  100  TEUs  memiliki  diameter  putar  1.75  x Lpp, tactical diameter  2.19  x  Lpp  dan advance diameter  2.10  x  Lpp.    Nilai  tersebut  dalam  batas aman  yang  ditetapkan  oleh  IMO  dimana maksimum advance diameter  4.50  x  Lpp  dan tactical diameter 5.00 x Lpp.
Uji  zig-zag  maneuver  dilakukan  dengan memprogram  secara  autopilot  sistim  penggerak model  sesuai  prosedur  uji  zig-zag  meneuver. Kemudian bergerak  20 deg ke kanan saat pertama dan  ke  kiri  20  deg  setelah heading model  kapal mencapai heading yang  dimaksud.  Dari  hasil pengujian  zig-zag,  lihat  Gambar  10,  didapatkan hasil first  overshoot angle sebesar  13.26  deg. Nilai  tersebut  masih      dalam  batas  aman,  karena dibawah ketentuan IMO maksimum  25 deg.
Gambar 9. Hasil uji turning circle maneuver SPCB 100 TEUs, rudder 35 deg
Gambar 10. Hasil uji zig-zag maneuver SPCB 100 TEUs, rudder 20/20 deg

## 3.3. Tahanan Kapal
Gaya  tahanan  kapal  berhubungan  dengan daya  mesin  yang  dibutuhkan  untuk  mencapai kecepatan  kapal  yang  diinginkan.  Sehingga  uji tahanan  kapal  sangat  penting  untuk  perencanaan pembangunan kapal.
Hasil  pengujian  tahanan  kapal  SPCB  100 TEUs  disajikan  pada  Gambar  11.  Perhitungan numerik  gaya  tahanan  kapal  juga  dilakukan dengan  metode  Holtrop,  karena  metode  ini diketahui  bisa  digunakan  untuk  bentuk  badan kapal  standar  dengan  froude  number  rendah, namun  perlu  diperhatikan  dalam  penentuan form factor (1+k)  pada  metode  tersebut.  Hasil  tahanan kapal  dinyatakan  dalam  bentuk  non-dimensional yaitu  dibagi  dengan  luasan  permukaan  basah kapal  WSA,  untuk  kapal  ini  pada  sarat full  load mempunyai nilai luasan permukaan basah 1412.16 m 2 . Pada grafik terlihat bahwa gaya tahanan kapal meningkat dengan naiknya kecepatan kapal.
-1.2 -0.6 0 0.6 1.2 -1.2 -0.6 0 0.6 1.2 x / Lpp y / L p p container 100 teus turning maneuver, 35 deg 0 20 40 60 80 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 TIME (sec)  (deg) = rudder angle 1, 2,  (deg) = heading angle,  (deg)
Gambar 11. Hasil uji tahanan kapal SPCB 100 TEUs
Dari Gambar 11 terlihat  uji resistance model dilakukan pada kecepatan 9 ~ 14 knot. Dari grafik pengujian  terlihat  tahanan  kapal  naik  secara perlahan,  namun  pada  kecepatan  di  atas  12  knot terlihat  kenaikan  tahanan  yang  lebih  besar  untuk tiap  knot  dibandingkan  kecepatan  di  bawahnya. Fenomena  perubahan  tahanan  pada  kecepatan  di atas  12  knot  tidak  terlihat  pada  hasil  perhitungan numeric. Fenomena menunjukkan bahwa pengujian  hidrodinamika  tidak  hanya  mampu mendapatkan  besaran  nilai  uji,  namun  juga didapatkannya  gambaran  karakteristik  gelombang yang ditimbulkan oleh bentuk badan kapal. Hal ini menjadi  informasi  penting  dalam  desain  dan operasional kapal.
Dari hasil pengujian resistance bisa diketahui kecepatan  optimum  SPCB  100  TEUs  pada kecepatan  antara  9  ~12  knot.  Informasi  ini menjadi  penting  dalam  perencanaan  desain  sistim propulsi  dan  rencana  operasional  kapal  dalam penentuan kecepatan kapal yang optimum.
Dari  pembahasan  hasil  uji  model  di  atas diperoleh  gambaran  karkateristik  Kapal  SPCB 100 TEUs dari sisi hidrodinamika. Sehingga studi ini  dapat  menjadi  referensi  yang  penting  dalam pertimbangan  desain  dan  operasional,  sehingga dihasilkan  sebuah  kapal  container  sarat  rendah yang optimum dan layak.

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  pengujian  hidrodinamika  model kapal  sarat  rendah  diperoleh  kesimpulan,  bahwa uji  model  hidrodinamika  memberikan  gambaran fenomena  secara  visual  sebagaimana  sangat mempengaruhi  kinerja  kapal.  Hasil  penelitian  ini menjadikan  informasi  yang  penting  dalam  desain
dan  operasional  kapal.  Selain  itu,  hasil  terukur dari  uji seakeeping Kapal  SPCB  100  TEUs menujukkan  karakteristik  gerakkan  kapal  pada kondisi  sea-state  4  masih  dalam  batas  toleransi meskipun  masih  perlu  memperhatikan  kombinasi kecepatan  dan  arah heading kapal    guna mendapatkan  respon  gerak  minimal.  Untuk kemampuan manuvering  turning dan  zig-zag kapal  masih  dalam  batas  aman  yang  ditetapkan IMO.  Dari  uji  resistance,  diketahui  kecepatan maksimal yang optimum kapal tersebut adalah  12 knot.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih  kepada  manejemen  dan  rekan- rekan  BTH-BPPT  yang  telah  bersama-sama mendukung  menyelesaikan  kegiatan  pengujian model kapal container 100 TEUs.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  Purwana  dan  A.  W.  Husodo,  “Total Resistance  Prediction  of  Self  Propelled  Coal Barge  (SPCB)  Using  Computational  Fluid Dynamic”, KAPAL ,  Vol.  12,  No.  2,  pp.  97- 105, 2015
[2] B.  Ali,  “Evaluasi  Bertin's  Coefficient  Pada Prediksi  Roll  Kapal  Sarat  Rendah  Dalam Weather Criterion”, Prosiding Seminar Nasional  Teori  dan  Aplikasi  Teknologi Kelautan, ITS, Surabaya, 2011.
[3] M. Zaky dan B. Ali, “Kajian Awal Lambung Timbul  dan  Tinggi  Haluan  Minimum  Kapal Untuk  Wilayah  Perairan  RI”,  Jurnal  Warta Penelitian
Perhubungan, Balitbang Kemenhub, Jakarta, Vol. 25, No. 5, pp. 310- 317, 2013.
[4] S.  Karana,  Analisis  Keselamatan  Self Propelled  Barge  6000DWT  Sebagai  Sarana Transportasi Batubara, Majalah Ilmiah Pengkajian  Industri,  BPPT,  Jakarta,  Vol.  10 No. 2, pp. 137-148, 2016.
[5] A. T. Pratista dan D. Manfaat, “ Perancangan Self  Propelled  Container  Barge  (SPCB) Sebagai Alternatif  Angkutan  Container
Pelayaran  Pantura  Untuk  daerah  Jawa Timur”, Jurnal Teknik ITS , Vol. 1, No. 3, pp. 367-371, 2012.
[6] N.  B.  Prayoga  dan  W.  D.  Aryawan,  “Desain Self-Propelled  Oil  Barge  (SPOB)  Untuk Distribusi  Crude  Oil  di  Kabupaten  Sorong,
3 6 9 12 15 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 Vs [ knot ] R / W S A [ kg / m 2 = experiment = calculation ]
Papua Barat”, Jurnal Teknik ITS , Vol. 5,  No.
1, pp. 19-24, 2016.
[7] …..,  Pengujian  Model  Kapal  SPB  Container 100 TEUs, Laporan Internal Balai Teknologi Hidrodinamika, BPPT, Surabaya, 2016.
[8] O.  M.  Faltinsen,  Hydrodynamics  of  High-
Speed Marine Vehicle, Cambridge: Cambridge University Press, 2005. [9] .....,“Manoeuvrability of Ships and Manoeuvering  Standards”,  IMO  Resolution A.751(18)”, International Maritime Organization, London, 1993. [10] …..,  “Standards  for  ship  maneuverability’, IMO Resolution MSC 137 (36)”, International Maritime Organization, London, 2002.