Pengaruh sirip peredam terhadap efek free surface
a Tampak atas b Tampak samping
Gambar 36 Keranjang pengangkut ikan hias. Pada prinsipnya, bentuk keranjang tersebut memungkinkan untuk membatasi
gerakan aliran air. Demikian pula prinsip penggunaan bilge keel atau sirip kseimbangan yang dipasang di sisi luar badan kapal dan breakwater di pelabuhan. Pemasangan bilge
keel ini dimaksudkan untuk meningkatkan stabilitas kapal dengan cara menahan laju
gerakan rolling kapal. Adapun breakwater yang dipasang di depan jalur masuk ke kolam pelabuhan, berfungsi untuk menahan gelombang yang akan masuk ke kolam
pelabuhan. Tertahannya gelombang oleh breakwater menjadikan gelombang yang masuk ke kolam pelabuhan telah memiliki energi yang jauh kecil dibandingkan dengan
gelombang yang sebelum mengenai breakwater. Terilhami dari bentuk media pengangkut ikan hias, sirip keseimbangan, dan
breakwater , maka peneliti mencoba memasang sirip yang akan dipasang di bagian
dalam dinding palka. Sirip tersebut diharapkan dapat menahan gerakan atau aliran air yang akan melewatinya, sehingga gerakan free surface dapat tertahan dan pada akhirnya
akan teredam.
Prinsip kerja sirip peredam dapat dikatakan hampir sama dengan break water di pelabuhan, bilge keel pada kapal atau bentuk lengkung media pengangkut muatan cair
pada keranjang pengangkut ikan hias. Break water yang di pasang di depan jalur kolam pelabuhan, berfungsi untuk mengurangi energi gelombang yang akan masuk ke kolam
pelabuhan. Apabila energi gelombang E
w
yang masuk ke dalam kolam pelabuhan
38 cm 43 cm
38 cm 43 cm
dapat dikurangi bahkan jika mungkin E
w
= 0, maka diharapkan tidak terdapat gelombang di dalam kolam pelabuhan. Demikian pula bentuk lengkung di bagian atas
pada keranjang pengangkut ikan hias, dimaksudkan untuk mengurangi energi yang timbul saat permukaan benda cair bergerak seiring dengan bergeraknya media yang
ditempatinya. Adapun bilge keel pada kapal berfungsi untuk meredam pergerakan oleng kapal dengan menahan sejumlah luasan massa air yang tertahan oleh luasan
permukaan bilge keel. Sirip peredam dipasang di sisi bagian dalam di sekeliling dinding model palka
Gambar 14. Luas sirip peredam yang dipasang di dua sisi dinding bagian dalam model palka adalah sebesar lebar sirip peredam l
s
dikalikan dengan panjang seluruh sirip peredam yang dipasang di sisi bagian dalam model palka. Panjang sirip peredam
yang dipasang di sisi dinding dalam model palka terdiri dari dua ukuran, yaitu: 1 Ukuran panjang sirip peredam pertama p
s
1 adalah = panjang palka p
p
2 Ukuran panjang sirip peredam kedua p
s
2 adalah = lebar palka l
p
dikurangi dua kali lebar sirip peredam l
s
, sehingga p
s
2 = l
p
– 2l
s
. Dikarenakan dinding palka berbentuk kotak terdiri dari empat sisi, maka penentuan
panjang sirip sebagaimana dijelaskan di atas mengakibatkan tiap ukuran panjang sirip peredam masing-masing terdiri dari dua unit. Oleh karena itu, maka luas sirip peredam
adalah: ........................................................... 31
atau .................................................. 32
dimana A
sp
adalah luas sirip peredam. Dengan demikian total luas sirip peredam yang dipasang di sekeliling model palka dengan ukuran panjang palka p
p
× lebar palka l
p
= 25 cm × 25 cm adalah sebesar {50 cm × 2 + 42 cm × 2} = 184 cm
2
. Adapun luas permukaan muatan liquid A
fs
di dalam model palka tersebut adalah sebesar 625 cm
2
. Pada saat terjadi gerakan oleng, dapat dikatakan bahwa permukaan cair yang bergerak
adalah seluas permukaan palka yaitu 625 cm
2
. Akan tetapi karena adanya sirip peredam yang dipasang di sekeliling dinding model palka yaitu tepat di bagian atas permukaan
cair, maka permukaan liquid seluas sirip peredam yaitu 184 cm
2
akan tertahan oleh sirip
peredam. Jika luas sirip peredam dibandingkan dengan luas permukaan cair yang terdapat di dalam model palka, maka akan diperoleh rasio sebagai berikut:
............................................................ 33 Sehingga dapat dikatakan bahwa luas sirip peredam yang menghambat pergerakan free
surface adalah sebesar 29 dari luas free surface.
Berdasarkan paparan di atas, maka kajian terhadap desain palka ini memiliki tujuan khusus yaitu: untuk mengetahui apakah penggunaan sirip peredam yang
dipasang di sepanjang dinding dalam model palka mampu meredam efek free surface saat terjadi rolling ataukah tidak.
Selanjutnya efek free surface dalam penelitian ini akan ditinjau berdasarkan bentuk profil permukaan air pada saat terjadi gerakan oleng, dalam hal ini adalah
implementasi dari dampak gerakan rolling kapal diistilahkan sebagai ‘profil kemiringan’, dan profil permukaan air saat tidak ada lagi gerakan rolling hingga
permukaan air relatif tenang diistilahkan sebagai ‘profil diam’. Selain itu kajian juga dilakukan terhadap lamanya waktu yang dibutuhkan oleh permukaan air mulai dari saat
gerakan rolling berhenti hingga permukaan air relatif tenang atau stabil yang untuk selanjutnya diistilahkan sebagai ‘waktu redam’.
1 Profil kemiringan permukaan air Sebagaimana telah disampaikan dalam metode penelitian, profil
kemiringan diper-oleh dengan menggerakkan jungkat-jungkit ke atas dan ke bawah hingga
mencapai sudut sekitar 10º dengan periode oleng rata-rata selama 2 detik. Diperkirakan panjang lintasan gerakan rolling dari kemiringan di sisi kiri ke kemiringan di sisi kanan
kapal dan kembali ke kemiringan di sisi kiri kapal sekitar 40º atau 0,698 radian. Pengamatan terhadap kemiringan permukaan air dilakukan saat palka mencapai
kemiringan maksimal yaitu 10º ke kiri dan ke kanan. Beberapa contoh profil kemiringan permukaan air yang terjadi disampaikan pada Gambar 37. Pada gambar
tersebut terlihat bahwa profil kemiringan permukaan air pada model palka kotak tanpa sirip peredam dan model palka kotak dengan sirip peredam memiliki profil yang
berbeda. Profil permukaan air pada palka yang dilengkapi dengan sirip peredam tidak terlalu miring jika dibandingkan dengan profil permukaan air pada palka tanpa sirip
peredam. Berdasarkan besarnya sudut yang terbentuk antara kemiringan permukaan air dengan garis rata air saat tidak terjadi rolling, terlihat bahwa sudut kemiringan
permukaan air pada palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam lebih besar jika dibandingkan dengan sudut kemiringan permukaan air pada palka yang dilengkapi
dengan sirip peredam. Besarnya sudut kemiringan permukaan air pada kedua palka tersebut disajikan pada Tabel 14.
Tabel 14 Sudut kemiringan permukaan air saat rolling
Posisi kemiringan
Data ke-
Kemiringan air º Beda
kemiringan º
tanpa sirdam dengan sirdam
Kiri 1
5 3
2 2
5 2
3 3
5 3
2 4
6 3
3 5
5 2
3 6
6 4
2 7
5 3
2 8
5 3
2 9
6 3
3 10
5 3
2
Rata-rata kiri 5,3
2,9 2,4
Kanan 1
4 2
2 2
6 3
3 3
5 3
2 4
6 3
3 5
6 4
2 6
6 3
3 7
4 2
2 8
6 3
3 9
5 3
2 10
5 3
2
Rata-rata kanan 5,3
2,9 2,4
Kiri 1 Kanan 1
Kiri 2 Kanan 2
Kiri 3 Kanan 3
Kiri 3 Kanan 3
Keterangan: dengan sirdam tanpa sirdam Rata air
Gambar 37 Profil permukaan air saat rolling.
Besar sudut kemiringan permukaan air pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam berkisar antara 4 - 6º dengan sudut rata-rata sebesar 5,3º. Adapun
besarnya sudut kemiringan permukaan air pada model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam berkisar antara 2 - 3º dengan sudut rata-rata sebesar 2,9º. Perbedaan
kemiringan permukaan air pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam dengan model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam adalah berkisar
antara 2 - 3º dengan perbedaan sudut rata-rata sebesar 2,4º. Berdasarkan hasil uji statistik, menunjukkan bahwa nilai F
hit
F
Tab
, atau nilai P-Value 0,05. Kondisi ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan kemiringan air pada palka yang dilengkapi
dengan sirip peredam dan tanpa sirip peredam. Artinya penggunaan sirip peredam berpengaruh nyata terhadap perbedaan kemiringan air pada palkah. Analisis statistik
dapat dilihat pada Lampiran 2. Berdasarkan perbedaan sudut kemiringan permukaan air tersebut, maka
diperkirakan bahwa keberadaan sirip peredam mampu menahan pergerakan free surface antara 40 - 60 . Fenomena ini terjadi dikarenakan pada saat gerakan rolling terjadi,
free surface pada model palka tanpa sirip peredam mengalir dengan bebas ke arah
kemiringan palka hingga kondisi free surface kembali rata. Lain halnya dengan yang terjadi pada palka yang dilengkapi dengan sirip peredam. Pada palka yang dilengkapi
dengan sirip peredam, saat terjadi gerakan rolling, free surface juga mengalir ke arah kemiringan palka. Akan tetapi sebelum kondisi free surface kembali rata, sirip peredam
yang dipasang di dinding dalam palka menghambet.aliran free surface tersebut. Pada saet.aliran free surface tersebut mengenai sirip peredam, maka akan ada sebagian aliran
free surface tersebut yang tertahan oleh sirip peredam. Bukan saja tertahan, akan tetapi
juga terjadi refleksi dari aliran free surface yang mengenai sirip peredam. Refleksi aliran free surface yang terjadi biasanya memiliki gaya atau tekanan yang sama
besarnya dengan gaya atau tekanan aliran free surface saat mengenai sirip peredam. Hanya saja arahnya berlawanan. Triatmodjo 1999 mengemukakan bahwa apabila
gelombang mengenai dinding pembatas, maka akan terjadi refleksi gelombang. Dinding pembatas yang vertikal terhadap kedatangan gelombang dan tidak permeabel,
akan memantulkan sebagian besar energi gelombang. Oleh karena itu tinggi gelombang yang dipantulkan sama dengan tinggi gelombang datang. Demikian pula lah yang
terjadi pada aliran free surface di dalam palka yang dilengkapi dengan sirip peredam. Adanya refleksi aliran free surface yang tekanannya sama besar dengan tekanan aliran
free surface yang mengenai sirip peredam akan tetapi berlawanan arah, mengakibatkan
tertahannya aliran free surface yang berada dibelakangnya. Sehingga timbulah turbulensi yang pada akhirnya menghambat gerakan aliran free surface. Apabila luas
penampang sirip peredam sebanding dengan luas aliran free surface yang mengenainya,
maka aliran free surface tidak melewati sirip peredam. Lain halnya jika luas sirip peredam lebih kecil dibandingkan dengan luas aliran free surface yang mengenainya,
walaupun terjadi refleksi aliran free surface, sebagian aliran free surface yang tidak mengenai sirip peredam akan melewati sirip peredam tersebut. Akan tetapi dapat
dipastikan bahwa volume aliran free surface yang melewati sirip peredam tersebut jauh lebih sedikit dan dengan tekanan yang telah berkurang. Fenomena inilah yang diduga
menjadi penyebab lebih kecilnya sudut kemiringan permukaan air pada palka yang dilengkapi dengan sirip peredam dibandingkan pada palka yang tidak dilengkapi dengan
sirip peredam saat terjadi gerakan rolling. Berdasarkan kajian terhadap profil permukaan air saat terjadi gerakan rolling,
penggunaan sirip peredam dapat mengurangi besarnya sudut yang dibentuk oleh profil permukaan air saat oleng dengan pernukaan air saat tidak oleng. Jika dihubungkan
dengan damping moment coefficient kapal, maka diperkirakan damping moment coefficient
pada kapal yang menggunakan palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam akan lebih besar dibandingkan dengan kapal yang menggunakan palka kotak
yang dilengkapi dengan sirip peredam. Sehingga kemampuan kapal dengan palka kotak tanpa sirip peredam untuk meredam gaya eksternal akan lebih kecil dibandingkan kapal
dengan palka kotak yang dilengkapi dengan sirip peredam. Mengecilnya kemampuan redam kapal akan mengakibatkan stabilitas kapal menurun dikarenakan dinamika kapal
lebih dipengaruhi oleh gaya eksternal. 2 Profil permukaan air sesaat setelah terjadi
rolling Kedua model palka tersebut diolengkan ke kanan dan ke kiri dengan cara
menaik-turunkan jungkat-jungkit pada salah satu sisinya, dengan periode oleng selama 2 detik. Kemudian untuk selanjutnya kedua model palka tersebut diposisikan tegak
kembali. Pengamatan mulai dilakukan terhadap profil permukaan air mulai saat posisi model palka tegak hingga 1 detik kemudian. Profil permukaan sesaat setelah posisi
model palka ditegakkan s= 0 detik dapat dilihat pada Gambar 38.
Gambar 38 Profil permukaan air saat model palka kembali tegak setelah rolling 0 detik.
Pada Gambar 38 terlihat bahwa profil permukaan air pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam, sesaat setelah gerakan rolling ditiadakan,
membentuk gelombang di salah satu ujung aliran free surface. Lain halnya dengan yang terjadi pada profil permukaan air di model palka yang dilengkapi dengan sirip
peredam. Profil permukaan air pada model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam, sesaat setelah gerakan rolling ditiadakan, banyak membentuk riak di
sepanjang free surface. Bentuk free surface sesaat setelah kedua model palka kembali ditegakkan, dapat dilihat pada Gambar 39.
a b
Keterangan: a gelombang di permukaan model palka tanpa sirdam b riak di permukaan model palka dengan sirdam
Gambar 39 Profil permukaan air dilihat dari atas pada kedua model sesaat setelah gerakan rolling.
Riak di permukaan
Gelombang di
permukaan
Pada Gambar 39 terlihat bahwa gerakan free surface pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam masih dapat bergerak bebas sehingga terbentuklah
gelombang. Lain halnya pada model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam, gerakan free surface tertahan oleh keberadaan sirip peredam tersebut. Sehingga refleksi
aliran free surface mengakibatkan terjadinya tubrukan dengan aliran free surface yang berada di belakangnya, dan pada akhirnya mengakibatkan timbulnya riak pada
permukaan. Selanjutnya dilakukan pengamatan terhadap bentuk permukaan air serta ketinggian permukaan air pada profil permukaan air setiap 0,1 detik selama 1 detik
Gambar 40. Pada Gambar 40 terlihat bahwa pada ordinat pengukuran tertentu, menjelang 1
detik pengamatan, pada model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam, permukaan airnya semakin banyak yang telah menyamai garis rata air pada saat tidak ada gerakan.
Berdasarkan ketinggian permukaan air pada ordinat pengukuran, terlihat bahwa ketinggian permukaan air pada ordinat-ordinat pengukuran pada model palka yang
dilengkapi dengan sirip peredam cenderung lebih rendah dibandingkan pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam. Jika dilihat dari bentuk profil
permukaan yang terjadi, pada palka yang dilengkapi dengan sirip peredam, permukaan airnya membentuk riak-riak kecil. Riak-riak kecil tersebut terbentuk karena seringnya
aliran free surface bertubrukan dengan sirip peredam yang di pasang di sekeliling dinding palka. Saet.aliran free surface menabrak sirip peredam, maka aliran free surface
akan terpecah sebagaimana yang terjadi pada gelombang yang menabrak breakwater. Kondisi tersebut di atas, menunjukkan bahwa permukaan air pada model palka
yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam tersebut lebih dinamis dibandingkan pada model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam. Apabila permukaan muatan cair di
dalam palka sangat dinamis, maka kondisi kapal untuk kembali tegak setelah gaya yang mengakibatkan gerakan rolling kapal hilang akan lebih sulit. Perlu diketahui bahwa
walaupun palka sudah tidak diolengkan, akan tetapi gerakan fluida cair masih terus terjadi terlebih jika fluida cair tersebut terus bertubrukan dengan dinding pembatas.
Berdasarkan uji statistik, diperoleh nilai F
hit
F
Tab
, atau nilai P-Value 0,05. Artinya bahwa terdapat perbedaan ketinggian riak air maksimum pada palka yang dilengkapi
dengan sirdam dan tanpa sirdam. Dengan kata lain, bahwa penggunaan sirdam berpengaruh nyata terhadap perbedaan ketinggian riak air yang terjadi di dalam kedua
model palka. Data tinggi permukaan air tertinggi yang dihasilkan pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peradam dan model palka yang dilengkapi dengan
sirip peredam disajikan pada Tabel 15. Hasil uji statistik disajikan pada Lampiran 2. Tabel 15 Ketinggian riak air maksimum pada model palka yang tidak dilengkapi
dengan sirip peredam non sirdam dan model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam sirdam
Waktu pengamatan
Ketinggian riak tertinggi dari rata garis air mm
detik ke- tanpa sirdam
dengan sirdam
0,0 2,0
1,2 0,1
2,0 1,9
0,2 1,8
0,8 0,3
1,0 1,0
0,4 3,0
1,6 0,5
1,0 1,0
0,6 2,0
2,0 0,7
2,0 0,5
0,8 1,8
1,0 0,9
2,0 1,1
1,0 2,0
0,5
Pada Gambar 41 disajikan profil permukaan air pada kedua model palka setelah 1 detik. Terlihat bahwa permukaan air pada model palka yang dilengkapi dengan sirip
peredam relatif telah banyak yang sejajar dengan garis rata air dibandingkan pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam.
Keterangan: tanpa sirip peredam dengan sirip peredam Rata air
Gambar 40 Profil permukaan air setelah 0,1 – 0,9 detik model palka kembali tegak. 100
Gambar 41 Profil permukaan air setelah 1 detik palka kembali tegak. 3 Waktu redam
Waktu redam adalah lamanya waktu yang dibutuhkan oleh permukaan air di
dalam model palka, mulai saat gerakan rolling berhenti hingga permukaan air tersebut
kembali relatif tenang atau stabil. Pada Tabel 16 disajikan lamanya waktu yang
dibutuhkan oleh permukaan air mulai dari saat gerakan rolling ditiadakan hingga relatif tenang atau stabil atau yang diistilahkan sebagai waktu redam. Dari tiga kali
pengukuran terlihat bahwa waktu redam permukaan air pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam adalah antara 14 – 18 detik. Adapun waktu redam di
model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam adalah antara 5 –7 detik. Dengan demikian waktu redam permukaan air di model palka yang dilengkapi dengan sirip
peredam 2 – 3 kali lebih cepat dibandingkan di model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam.
Tabel 16 Waktu redam permukaan air di dalam model palka
Data ke- Tanpa sirip
peredam detik
Dengan sirip peredam
detik
1 18
6 2
14 5
3 14
6 4
14 7
5 14
5 6
18 7
7 18
6 8
14 5
9 14
7 10
18 6
Rata-rata: 15,6
5,95
Pada kondisi yang normal, bentuk profil permukaan air sesaat setelah gerakan rolling
ditiadakan, seperti yang terjadi pada model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam. Permukaan air terus bergerak bebas cenderung ke atas dinding pembatas
searah gerakan rolling yang telah ditiadakan. Akan tetapi, pada model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam, setiap gerakan air tertahan oleh permukaan sirip
peredam. Tertahannya gerakan air inilah yang memungkinkan waktu redam pada model palka yang dilengkapi dengan sirip peredam lebih cepat jika dibandingkan dengan
model palka yang tidak dilengkapi dengan sirip peredam. Berdasarkan hasil kajian terhadap profil kemiringan permukaan air dan waktu
redam, maka dapat dikatakan bahwa luas permukaan sirip peredam yang hanya sebesar 29 dari luas free surface telah mampu meredam atau mereduksi efek free surface
yang akan muncul saat terjadinya gerakan oleng pada kapal. Jika luas sirip peredam yang digunakan lebih dari 29 , maka akan lebih banyak lagi free surface yang dapat
ditahan oleh sirip peredam. Terlebih jika rasio luas sirip peredam dengan luas free surface
mencapai nilai 1, maka dikatakan tidak terdapat free surface. Kondisi ini sama dengan kondisi dimana muatan liquid dimasukkan ke dalam palka hingga terisi penuh
sehingga muatan liquid mengisi palka hingga ke dinding bagian atas palka. Selain itu pula, berdasarkan hasil kajian terhadap profil permukaan air di dalam model palka baik
pada saat diolengkan maupun sesaat setelah dioleng, maka dapat diperkirakan bahwa
pemasangan sirip peredam pada sisi bagian dalam model palka mampu meredam efek free surface
hingga 40 – 60 . Akan tetapi berdasarkan waktu redam, keberadaan sirip peredam mampu meredam efek free surface antara 33,3 – 50 .