Analisis Pengaturan Tinggi Fluida Pada Passive U-Tube Tank Terhadap Koefisien Damping Untuk Meminimalkan
Gerak Rolling Kapal
Muhammad Iqbal * , Ahmad Fauzan Zakki, Muhammad Fuad Shofly
Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus UNDIP Tembalang, Semarang, Indonesia 50275

## Abstrak
Menurunkan  gerakan  rolling  kapal  merupakan  hal  penting  untuk  meningkatkan  keamanan  dan kemudahan  kapal  dalam  beroperasi.  Salah  satu  cara  meminimalisir  rolling  pada  kapal  adalah menambahkan  sistem  anti-rolling.  Pada  penelitian  ini,  dilakukan  analisis  Koefisien  Damping  anti-roll jenis passive tank dengan pengaturan tinggi fluida di dalam tangki jenis U – Tube. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan software berbasis CAD dan CFD kemudian dilakukan analisis perhitungan momen peredam  untuk  mendapatkan  nilai  Koefisien  Damping.  Hasilnya  digunakan  untuk    peredam  tambahan pada  analisis  gerakan  rolling  kapal.  Hasil  analisis  menunjukkan  bahwa  ketinggian  fluida  passive  tank jenis  U  –  Tube  pada  3,52  m  memberikan  nilai  Koefisien  Damping  terbesar  dengan  nilai  2.018.620 N.m/(deg/s).  Model ini adalah yang terbaik ditinjau dari respon momen redaman yang dihasilkan untuk meminimalisir gerakan rolling kapal.
Kata kunci : rolling; anti roll; passive tank; koefisien damping

## Abstract
[Title:  Analysis  of  Fluid  Arrangements  in  Passive  U-Tube  Tanks  for  Damping  Coefficient  that Minimizes Motion of Rolling Vessels] Reducing the rolling motion of the ship is essential to increase the safety  and  ease  of operation of  the  ship.  One  way  to  minimize  rolling  on  ships  is  to  add  an anti-rolling system. In this study, an passive tank type anti-roll damping coefficient analysis with fluid height variation in the tank was carried out. Modeling was done using CAD and CFD-based software then an analysis of the calculation of the moment of the damper was taken to get the Damping Coefficient value. The results were used for additional absorbers in the analysis of rolling motion. The analysis showed  that the height of  fluid  in  the  U-Tube  passive  tank  at  3.52  m  gave  the  largest  Damping  Coefficient  with  a  value  of 2,018,620 N.m / (deg / s). This model is the best in terms  of the damping moment response produced to minimize the rolling motion of the ship).
Keywords : rolling; anti roll; passive tank; damping coefficient

## 1. Pendahuluan
Gerakan rolling merupakan  salah  satu  fenomena dari olah gerak kapal, dimana ketika amplitudo gerakan rolling besar, maka akan dapat menimbulkan capsizing (Herbowo,  Chrismianto  &  Iqbal,  2017).  Upaya menurunkan  gerakan rolling kapal  merupakan  hal penting  untuk  meningkatkan  keamanan  dan  kemudahan
kapal  dalam  beroperasi  (Huang dkk. ,  2018).  Salah  satu solusi  dalam  meminimalisir  terjadinya rolling pada kapal pada umumnya adalah dengan penambahan sistem anti-rolling pada  kapal. Anti-rolling merupakan  suatu mekanisme stabilisasi gerakan rolling yang digunakan di dalam  struktur  kapal  (Taskar dkk. ,  2014). Anti  Rolling Tank dapat  difungsikan  sebagai  mitigasi roll kapal adaptif  (Phairoh  &  Huang,  2007)  dan  menurunkan fenomena parametric roll (Umeda, Hashimoto,
Minegaki, & Matsuda, 2008).
------------------------------------------------------------------
*) Penulis Korespondensi. E-mail: muhammadiqbal@lecturer.undip.ac.id

## TEKNIK, 40 (3), 2019, 150
doi: 10.14710/teknik.v40n3.24473               Copyright © 2019, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
Cara  terbaik  untuk  menurunkan  gerakan rolling kapal  adalah  dengan  meningkatkan roll  damping . Perangkat  yang  paling  sering  digunakan  untuk meningkatkan roll  damping adalah bilge  keels ,  namun efektifitas  dari bilge  keels terbatas,  sehingga  diperlukan penambahan anti  roll  tank maupun fin untuk  control yang  lebih  dalam  mengurangi  gerakan rolling kapal (Youssef dkk. , 2003). Passive tank merupakan salah satu jenis anti-rolling yang  pada  prinsipnya    memanfaatkan aliran fluida (Windén, 2009).
Penelitian anti-rolling telah  sebelumnya  dengan beberapa variasi, diantaranya penambahan anti-roll jenis fin  stabilizer , bilge  keel ,  dan passive  tank dengan  hasil berupa  persentase  redam  gerakan roll dengan fin stabilizer adalah  sebesar  75%  (Herbowo dkk. ,  2017); penambahan bilge  keel dengan  hasil  sebesar  4,42% (Malik, Manik & Iqbal, 2016), serta passive u-tube tank dengan  variasi  tinggi  saluran  dan  lebar  penampang dengan  hasil  sebesar  33,9%  (Karim,  Zakki  &  Iqbal, 2019).
U Tube Tank atau Anti Rolling Tank (ART) terbagi menjadi  dua,  yaitu  aktif  dan  pasif.  Perbandingan performa dari kedua Anti Roll Tank Tank tersebut dikaji oleh  (Marzouk  &  Nayfeh,  2009)  dengan  metode numerik.  Hasil  penelitian  tersebut  menyatakan  bahwa performa Active  Anti  Rollng  Tank lebih  baik  dari Passive  Anti  Rolling  Tank. Namun,  kekurangan  dari Active  ART adalah  mekanisme  kerjanya  yang  lebih rumit, yaitu melibatkan pompa, sedangkan Passive ART (seperti dalam penelitian ini) tidak menggunkan pompa.
Penggunaan passive u-tube tank dengan konfigurasi  yang  optimal  dapat  meningkatkan roll damping sehingga  mengurangi  gerakan roll kapal dengan  signifikan  (Youssef dkk. ,  2002).  Penelitian tersebut  mengkaji roll  damping pada  kondisi  linear  dan non  linear  dengan  menggunakan Boundary  Element Method.
Penelitian  mengenai passive  u-tube  tank juga dilakukan untuk menghitung penyerapan tenaga ( power ) gerakan roll pada kapal (Alujević dkk. , 2019). Dalam hal ini  tenaga  tersebut  adalah  momen  eksitasi  gerakan roll . Momen  eksitasi  yang  diciptakan  oleh  gelombang  pada penelitian    tersebut  digambarkan  dengan  spektrum gelombang.  Metode  yang  digunakan  untk  menentukan roll  damping pada  penelitian  tersebut  menggunakan metode analitik
Berdasarkan  penelitian-penelitian  tersebut,  maka untuk  mengetahui  nilai  koefisien  damping  yang dihasilkan passive  tank dengan  variasi  tinggi  fluida, maka perlu dilakukan analisis lebih lanjut. Analisis yang dilakukan  berupa  pembuatan  model passive  tank menggunakan  bantuan  software  berbasis  CAD,  analisis perhitungan  respon  momen  redam passive  tank menggunakan bantuan software CFD  serta analisis nilai koefisien  damping  yang  dihasilkan  berdasarkan  regresi
linier  antara  Momen  Rolling  (Nm)  terhadap  kecepatan gerak rolling (rad/s).
Tujuan  penelitian  ini  adalah  mengetahui  pengaruh variasi  tinggi  fluida  pada passive  tank terhadap  nilai koefisien  damping  untuk  mendapatkan  desain passive tank terbaik.  Adapun  manfaat  dari  penelitian  ini  yaitu untuk  memberikan  gambaran  hasil  perancangan passive tank terbaik  terhadap  variasi  tinggi  fluida,  dapat memberikan informasi tentang passive tank yang terbaik terhadap  aspek rolling kapal,  serta  penelitian  ini diharapkan  dapat  menjadi  acuan  dalam  perancangan passive tank yang digunakan pada kapal.

## 2. Bahan dan Metode
2.1. Pengumpulan Data Spesifikasi passive tank disesuaikan dengan bentuk kapal  Kapal  Kontainer  100  Teus seperti  yang  disajikan Tabel 1.
Tabel 1 . Data ukuran utama passive tank
No Dimensi Skala Penuh 1 Tinggi saluran (hd) 1,40 m 2 Total tinggi (ht) 4,40 m 3 Lebar saluran (wd) 11,00 m 4 Diameter saluran (wr) 3,00 m 5 Panjang (s) 10,18 m
2.2. Parameter Penelitian Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis pengaruh  tinggi  fluida  didalam  tangki  terhadap  nilai koefisien damping yang dihasilkan .
Parameter tetap yang dipakai adalah (1) spesifikasi passive  tank; (2)  fluida  didalam  tangki  yaitu  air  tawar, dan (3)  kecepatan rolling sebesar 0,25 rad/s, 0,50 rad/s, 0,75  rad/s.  Adapun  parameter  peubah  yang  digunakan adalah tinggi fluida (hr) s eperti yang terdapat pada Tabel 2 dan Gambar 1.
2.3. Pengolahan Data
Data  yang  didapat  dari  hasil  studi  lapangan kemudian diolah. Tahapan pengolahan data meliputi: (1) pembuatan  model  3D passive  tank menggunakan software Rhinoceros; (2) m odel 3D Rhinoceros diexport menjadi  bentuk  .igs  digunakan  untuk  analisis  pada software  CFD  dengan  tahapan  dimulai  dari  pembuatan geometri, meshing model, setup,  solution ,  dan  yang terakhir result untuk mengetahui hasil analisis; serta (3) membandingkan nilai koefisien damping yang diperoleh dari  hasil  analisis  momen  peredam  pada  tangki  dengan variasi tinggi fluida.

## TEKNIK, 40 (3), 2019, 151
doi: 10.14710/teknik.v40n3.24473               Copyright © 2019, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
Tabel 2 . Data variasi tinggi fluida passive tank No Rasio hr/ht Total Tinggi Saluran (ht) Tinggi Fluida(hr) 1 0,4 4,4 m 1,76 m 2 0,5 4,4 m 2,20 m 3 0,6 4,4 m 2,64 m 4 0,7 4,4 m 3,08 m 5 0,8 4,4 m 3,52 m
Gambar 1 . Model 2D passive tank dengan ketinggian fluida Hr dan ketinggian tangki Ht
Gambar 2. Model 3D rhinoceros passive U-tube tank

## 3.2. Meshing
Meshing adalah  tahapan  yang  paling  kompleks dalam  pengerjaannya.  Apabila  satu  dari  beberapa elemen  kurang  tepat,  maka  proses  meshing  akan  gagal dan harus diulang untuk diperiksa dan diperbaiki sesuai dengan error yang  terjadi. Error bisa  disebabkan  dari bentuk geometri atau pengaturan dalam meshing seperti virtual  topology,  regions ,  ukuran  f ace  spacing,  point spacing, dan pengaturan inflation . Gambar 3 merupakan hasil meshing dari passive  u-tube  tank dan  Tabel  3 merupakan  jumlah nodes dan element yang  dihasilkan dari proses meshing.
Gambar 3. Hasil meshing passive U-tube tank
Model  variasi passive  tank pada Rhinoceros yang telah  dibuat,  kemudian  dilakukan  perhitungan  dengan menggunakan software  Ansys  CFX untuk  mendapatkan nilai  momen  yang  dihasilkan  dari  pergerakan  fluida didalam  tangki.  Gambar  4  merupakan  ilustrasi
perhitungan  momen  yang  dihasilkan  oleh  pergerakan fluida didalam tangki dengan ketinggian fluida 2,2 meter dan sudut roll 0,5 0 .
Tabel 3 . Statistik Mesh Mesh Statistics Total number of nodes 1488 Total number of elements 1012 3.3. Momen Peredam Passive Tank
Gambar 4. Ilustrasi running perhitungan momen peredam variasi 2 pada software Fluid Flow 18.1 (CFX)
Gambar 5. Solution report perhitungan momen peredam variasi 2 pada software Fluid Flow 18.1 (CFX)
Tabel 4 . Nilai momen peredam passive tank
No Kecepatan Sudut Roll (Deg/s) Momen Peredam (N.m) X Y Z 1 0,75 -598770 12516 -2877.8 0,50 -427060 8353.1 -2916.8 0.25 -200410 6028.7 -5116.4 2 0,75 -1093600 -2886.10 11762.00 0,50 -778390 -3602.20 12007.00 0.25 -422680 -4125.40 9759.00 3 0,75 -1347500 -1806.5 2868.1 0,50 -869520 -3905.9 4100.2 0.25 -384560 -4938.6 5737.9 4 0,75 -1420500 -1415.30 -12817.00 0,50 -930120 3700.20 -4358.80 0.25 -435240 6414.60 428.30 5 0,75 -1743900 3865.3 -9760.8 0,50 -1239900 2835.2 -12255 0.25 -734590 2967.3 -13309
Pada  Tabel  4,  didapatkan  nilai  momen  peredam yang diperoleh dari solution report software Ansys CFX seperti ditunjukkan Gambar 5. Data yang sudah didapat akan dilakukan metode regresi untuk mendapatkan slope kemiringan  yang  merupakan  nilai  koefisien  damping. Momen  peredam  yang  memiliki  nilai  tertinggi  terdapat pada  variasi  5  dengan  ketinggian  fluida  sebesar  3.52 meter  dan  dihasilkan  oleh  kecepatan rolling sebesar 0,75 deg/s.
Gambar 6 sampai dengan Gambar 10 menunjukkan bahwa  semakin  kecil  kecepatan rolling tangki  yang digunakan untuk analisis, maka momen yang dihasilkan juga  semakin  kecil.  Dengan  dilakukanya  perhitungan menggunakan  metode  regresi  maka  dapat  menentukan nilai koefisien damping yang ditunjukkan di Tabel 5.
Berdasarkan  Tabel  5,  variasi  5  didapatkan  nilai koefisien  damping  terbesar.  Hal  tersebut  dikarenakan variasi 5 memiliki volume fluida yang dipindahkan lebih besar dibandingkan model lainnya.
Gambar 6 . Perhitungan koefisien damping menggunakan metode regresi pada variasi 1
Gambar 7. Perhitungan koefisien damping menggunakan metode regresi pada variasi 2
Gambar 8. Perhitungan koefisien damping menggunakan metode regresi pada variasi 3
Gambar 9. Perhitungan koefisien damping menggunakan metode regresi pada variasi 4
Gambar 10. Perhitungan koefisien damping menggunakan metode regresi pada variasi 5
Tabel 5. Nilai koefisien damping passive tank No Koefisien Damping (N.m/(deg/s)) X Y Z 1 -796720 12975 4477.2 2 -1341840 2478.6 4006 3 -1925880 6264.2 -5739.6 4 -1970520 -15660 -26491 5 -2018620 1796 7096.4

## 4. Kesimpulan
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  tinggi fluida di dalam tangki passive tank jenis U – Tube perlu diatur untuk memperoleh nilai Koefisien Damping yang tinggi untuk dapat meminimalisir gerakan rolling kapal. Pengaturan  ketinggian  fluida  1,76;  2,2;  2,64;  3,08;  dan 3,52  m  memberikan  nilai  koefisien  damping  masing masing sebesar 796720 N.m/(deg/s); 1341840 N.m/(deg/s); 1925880 N.m/(deg/s); 1970520
N.m/(deg/s);  dan  2018620  N.m/(deg/s).  Ketinggian fluida passive tank jenis U – Tube pada 3,52 m (variasi no  5)  merupakan  variasi  terbaik  karena  memiliki koefisien  redaman  rolling  yang  paling  besar.  Pada umumnya,  semakin  besar  nilai  koefisien  redaman rolling, maka gerak rolling akan semakin kecil.

## Daftar Pustaka
Alujević, N., Ćatipović, I., Malenica, Š., Senjanović, I.,
&  Vladimir,  N.  (2019).  Ship  roll  control  and power  absorption  using  a  U-tube  anti-roll  tank. Ocean Engineering , 172 , 857–870.
Herbowo,  A.,  Chrismianto,  D.,  &  Iqbal,  M.  (2017). Analisa  Fin  Stabilizer  Terhadap  Rolling  Pada Kapal Ferry Ro-Ro 500 GT Dengan Metode CFD (Computational  Fluid  Dynamic). Jurnal  Teknik Perkapalan , 5 (1).
Huang,  L.,  Han,  Y.,  Duan,  W.,  Zheng,  Y.,  &  Ma,  S. (2018).  Ship  pitch-roll  stabilization  by  active  fins using a controller based on onboard hydrodynamic prediction. Ocean Engineering , 164 , 212–227. Karim,  F.  A.,  Zakki,  A.  F.,  &  Iqbal,  M.  (2019).  Desain Passive U-Tube Tank pada Kapal Ikan Tradisional Tipe  Kragan  Guna  Menurunkan  Rolling  Kapal. Kapal:  Jurnal  Ilmu  Pengetahuan  Dan  Teknologi
Kelautan , 15 (3), 95–101.
Malik,  M.  I.,  Manik,  P.,  &  Iqbal,  M.  (2016). Pengembangan  Desain  Geometri  Lunas  Bilga untuk  Meningkatkan  Performa  Kapal  Ikan Tradisional  (Studi  Kasus  Kapal  Tipe  Kragan). Jurnal Teknik Perkapalan , 4 (4).
Marzouk,  O.  A.,  &  Nayfeh,  A.  H.  (2009).  Control  of ship  roll  using  passive  and  active  anti-roll  tanks. Ocean Engineering , 36 (9–10), 661–671.
Phairoh,  T.,  &  Huang,  J.-K.  (2007).  Adaptive  ship  roll mitigation  by  using  a  U-tube  tank. Ocean Engineering , 34 (3–4), 403–415. Taskar, B. U., Dasgupta, D., Nagarajan, V., Chakraborty,  S.,  Chatterjee,  A.,  &  Sha,  O.  P. (2014). CFD aided modelling of anti-rolling tanks towards  more  accurate  ship  dynamics. Ocean Engineering . https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2014.09.035
Umeda, N., Hashimoto, H., Minegaki, S., & Matsuda, A.
(2008).  An  investigation  of  different  methods  for the  prevention  of  parametric  rolling. Journal  of Marine Science and Technology , 13 (1), 16–23. Windén,  B.  (2009).  Anti  Roll  Tanks  in  Pure  Car  and Truck Carriers. KTH Royal Institute of Technology .
Youssef, K. S., Mook, D. T., Nayfeh, A. H., & Ragab, S. A. (2003). Roll Stabilization by Passive Anti-Roll Tanks  Using  an  Improved  Model  of  the  Tank- Liquid  Motion. Modal  Analysis , 9 (7),  839–862. https://doi.org/10.1177/1077546303009007006Yo ussef,  K.  S.,  Ragab,  S.  A.,  Nayfeh,  A.  H.,  & Mook,  D.  T.  (2002).  Design  of  passive  anti-roll tanks  for  roll  stabilization  in  the  nonlinear  range. Ocean Engineering , 29 (2), 177–192.