Dimensi Pokok Pada stabilitas Kapal

DIMENSI POKOK STABILITAS PADA KAPAL

         

1. Stabilitas Kapal

Stabilitas kapal adalah kemampuan sebuah kapal untuk kembali tegak seperti posisi semula setelah mendapatkan gangguan dari luar seperi oleng karena pengaruh ombak laut. Secara umum hal-hal yang mempengaruhi keseimbangan kapal dapat dikelompokkan menjadi dua hal besar yaitu factor internal dan factor eksternal.

a.       Factor internal adalah tata letak muatan, bentuk ukuran kapal, kebocoran akibat kandas atau tubrukan.

b.      Factor eksternal adalah factor yang di akibat kan oleh angin, ombak, arus dan badai.

Stabilitas kapal dapat dibedakan menjadi 2 yaitu stabilitas kapal melintang dan stabilitas membujur.

a.       Stabilitas kapal melintang

Stabilitas melintang adalah sifat atau kecenderungan sebuah kapal untuk kembali kedalam keadaan semula setelah mendapatkan sengetan melintang  karena dari luar.

b.      Stabilitas kapal membujur

Stabilitas membujur adalah kemampuan sebuah kapal untuk kembali kedudukannya seperti semula setelah mengalami senget dari arah membujur akibat pengaruh dari luar.

2.         Stabilitas Positif, Netral dan Negative

a.       Stabilitas kapal positif

Stabilitas kapal positif ialah dimana G (titik graviti) berada dibawah titik M (metasentris)

Bila kapal menyenget. Maka timbullah sebuah moment penegak yang akan mengembnalikan kapal ke kedudukan seperti semula.

                       

Keterangan:

Wl         : water line

M          : metasentris

Gz         : lengan moment

BBi       : perubahan letak titik apung

Q          : sudut senget

b.      Stabilitas kapal Netral

stabilitas netral yaitu gaya kapal dimana titik G (gravity) dan titik M (metasentris) berimpit pada satu titik.

Bila kapal menyenget atau oleng karena gaya dari luar, tidak terdapat moment penegak maupun penerus. Sebabnya adalah letak titik G yang terlalu tinggi karena banyak konstrasi muatan bagian atas kapal.

Keterangan:

Wl       : water line ( garis air)

G         : gravitasi

M         : titik metasentris

B         : titik buoyancy (titik apung)

c.     Stabilitas kapal negative

Stabilitas negative adalah stabilitas kapal dimana titik G berada diatas titk M. bila kapal miring akibat gaya dari luar. Maka timbullah sebuah moment penerus kap setting moment, dengan demikian, maka kapal akan bertambah miring jika oleng, bahkan kapal akan terbalik.

Keterangan:

Cl        : center line                                          K         : Lunas kapal

Gz       : lengan momen

B1       : perubahan titik apung

M         : titik metacentris

B         : titik buoyancy ( titik apung)

3.         Kapal langser dan Kaku

a.      Kapal Langser atau tender

Kapal         : Stabilitas positif

Sebab        : GM-nya kecil, sehingga kembali ke kedudukan tegak lamban (karena  konsentrasi muatan ada di bagian atas kapal )

Sifat          : Olengan lambat

Kerugian   : Apabila cuaca buruk kapal mudah terbalik

Mengatasi  : 1. Mengisi penuh tangki dasar berganda

                    2. memindahkan muatan dari atas kebawah untuk menurunkan letak titik G agar GM bertambah besar

b.      Kapal Kaku atau stif

Kapal         : Stabilitas positif

Sebab        : GM-nya terlalu besar sehingga momen penegaknya terlalu besar

Sifat          : Olengannya cepat dan menyentak-nyentak

Kerugian   : Tidak nyaman bagi orang dikapal dan dapat merusak konstruksi kapal

Mengatasi  : 1. Mengosongkan tangki dasar bergada

                    2. Memindahkan barang dari bawah keatas agar letak titik G bertambah keatas sehingga GM-nya bertambah kecil.

4.         Titik-titik penting dalam stabilitas

Ada beberapa titik yang sangat penting dalam ilmu stabilitas kapal yaitu titik berat (G), titik apung (B) dan titik metasentris (M)

a.   Titik Berat ( Gravity )

Titik berat (center of gravity) dikenal dengan titik G dari sebuah kapal, merupakan titik tangkap dari semua gaya-gaya yang menekan ke bawah terhadap kapal. Letak titik G ini di kapal dapat diketahui dengan meninjau semua pembagian bobot di kapal, makin banyak bobot yang diletakkan di bagian atas maka makin tinggilah letak titik Gnya.
Secara definisi titik berat (G) ialah titik tangkap dari semua gaya – gaya yang bekerja kebawah. Letak titik G pada kapal kosong ditentukan oleh hasil percobaan stabilitas. Perlu diketahui bahwa, letak titik G tergantung daripada pembagian berat dikapal. Jadi selama tidak ada berat yang di geser. titik G tidak akan berubah walaupun kapal oleng.

b.   Titik Apung ( Buoyance )

Titik apung (center of buoyance) diikenal dengan titik B dari sebuah kapal, merupakan titik tangkap dari resultan gaya-gaya yang menekan tegak ke atas dari bagian kapal yang terbenam dalam air. Titik tangkap B bukanlah merupakan suatu titik yang tetap, akan tetapi akan berpindah-pindah oleh adanya perubahan sarat dari kapal. Dalam stabilitas kapal, titik B inilah yang menyebabkan kapal mampu untuk tegak kembali setelah mengalami senget. Letak titik B tergantung dari besarnya senget kapal ( bila senget berubah maka letak titik B akan berubah / berpindah. Bila kapal menyenget titik B akan berpindah kesisi yang rendah.

c.   Titik Metasentris

Titik metasentris atau dikenal dengan titik M dari sebuah kapal, merupakan sebuah titik semu dari batas dimana titik G tidak boleh melewati di atasnya agar supaya kapal tetap mempunyai stabilitas yang positif (stabil). Meta artinya berubah-ubah, jadi titik metasentris dapat berubah letaknya dan tergantung dari besarnya sudut senget.
Apabila kapal senget pada sudut kecil (tidak lebih dari 150).

maka titik apung B bergerak di sepanjang busur dimana titik M merupakan titik pusatnya di bidang tengah kapal (centre of line) dan pada sudut senget yang kecil ini perpindahan letak titik M masih sangat kecil, sehingga masih dapat dikatakan tetap. 

Gamabr : titik-titik penting dalam stabilitas kapal

Keterangan:

                    K     = lunas (keel)

                    B     = titik apung (buoyancy)

                    G     = titik berate (gravity)

                    M    = titik metasentris (metacentris)

                    d     = sarat (draft)

                    D     = dalam kapal (depth)

                    CL  = Centre line

                    WL = garis air (water line)

4.         DIMENSI POKOK DALAM STABILITAS KAPAL

a.      KM (Tinggi titik metasentris di atas lunas)

KM ialah jarak tegak dari lunas kapal sampai ke titik M, atau jumlah jarak dari lunas ke titik apung (KB) dan jarak titik apung ke metasentris (BM), sehingga KM dapat dicari dengan rumus :

KM = KB + BM

Diperoleh dari diagram metasentris atau hydrostatical curve bagi setiap sarat (draft) saat itu.

b.      KB (Tinggi Titik Apung dari Lunas)

Letak titik B di atas lunas bukanlah suatu titik yang tetap, akan tetapi berpindah-pindah oleh adanya perubahan sarat atau senget kapal., nilai KB dapat dicari :

Untuk kapal tipe plat bottom, KB = 0,50d
Untuk kapal tipe V bottom, KB = 0,67d
Untuk kapal tipe U bottom, KB = 0,53d

dimana d = draft kapal
Dari diagram metasentris atau lengkung hidrostatis, dimana nilai KB dapat dicari pada setiap sarat kapal saat itu (Wakidjo, 1972).

c.       BM (Jarak Titik Apung ke Metasentris)

BM dinamakan jari-jari metasentris atau metacentris radius karena bila kapal mengoleng dengan sudut-sudut yang kecil, maka lintasan pergerakan titik B merupakan sebagian busur lingkaran dimana M merupakan titik pusatnya dan BM sebagai jari-jarinya. Titik M masih bisa dianggap tetap karena sudut olengnya kecil (100-150).
Lebih lanjut dijelaskan :

BM = b2/10d , dimana : b = lebar kapal (m)
d = draft kapal (m)

d.      KG (Tinggi Titik Berat dari Lunas)

Nilai KB untuk kapal kosong diperoleh dari percobaan stabilitas (inclining experiment), selanjutnya KG dapat dihitung dengan menggunakan dalil momen. Nilai KG dengan dalil momen ini digunakan bila terjadi pemuatan atau pembongkaran di atas kapal dengan mengetahui letak titik berat suatu bobot di atas lunas yang disebut dengan vertical centre of gravity (VCG) lalu dikalikan dengan bobot muatan tersebut sehingga diperoleh momen bobot tersebut, selanjutnya jumlah momen-momen seluruh bobot di kapal dibagi dengan jumlah bobot menghasilkan nilai KG pada saat itu.

Untuk menghitung nilai KG dapat kita gunakan rumus:

contoh soal :

Sebuah kapal yang memiliki displismen 8000 ton, dan KG = 5,50 meter. Kemudian sampai di pelabuhan I melakukan pembongkaran 300 ton, dengan titik berat 3,27 meter. Kemudian melakukan pembongkaran lagi di pelabuhan II 150 ton, dengan titik berat 4,24 meter. Kemudian memuat 400 ton air tawar di pelabuhan III, dengan titik berat 2,56 m.

Hitunglah KG kapal tersebut setelah melakukan kagiatan akhir tersebut.

Jawab :

Kegiatan	(w) ton	(d) meter	Moment
∆	8000	5,50	44.000
Bongkar	- 300	3,27	-981
	-150	4,24	-636
Muat	400	2,56	1.024
∑m		∑w	43.407

Penyelesaian:

      = 43.407

                     7.950

           KG =  5,46 meter

                  Jadi, nilai KG kapal tersebut adalah 5,46 meter.

e.       GM (Tinggi Metasentris)

Tinggi metasentris atau metacentris high (GM) yaitu jarak tegak antara titik G dan titik M.

Dari rumus disebutkan :
GM = KM – KG
GM = (KB + BM) – KG

Nilai GM inilah yang menunjukkan keadaan stabilitas awal kapal atau keadaan stabilitas kapal selama pelayaran nanti.

Contoh soal:

Sebuah kapal berada di suatu pelabuhan dengan sarat rata-rata = 64 dm, akan melakukan kegiatan sebagai berikut :

Muat : 1000 Ton dengan titik berat muatan 5,2 m di atas lunas. Mengisi 420 Ton airtawar di tangki DB yang tinggi tangkinya 4 m dari lunas.

Bongkar :360 Ton muatan yang memiliki titik berat 10m di atas lunas. Dari data Hydrostatic Curves di dapat keterangan sbb : Displacement = 8200 Ton. TPC = 22

KM = 12 m. Jika dik : KG awal = 11 m & setelah kegiatan nilai KM di anggap tetap, maka hitunglah GM akhir kapal

Jawab :

No	Item	W	VCG	Moment
01	▲	8.200	11	90.20
02	+	1.000	5,2	5.200
03	+	420	4	1.680
04	-	360	10	3.600
		9.260		93.480

            Penyelesaian:                  

KG =∑ M 

                     ∑ W     

                   = 93.480 = 10,09

                       9.260

             GM akhir = KM – KG = 12 – 10,09 = 1,91 m

f.       Momen Penegak (Righting Moment) dan Lengan Penegak (Righting Arms)

Momen penegak adalah momen yang akan mengembalikan kapal ke kedudukan tegaknya setelah kapal miring karena gaya-gaya dari luar dan gaya-gaya tersebut tidak bekerja lagi.

Pada waktu kapal miring, maka titik B pindak ke B1, sehingga garis gaya berat bekerja ke bawah melalui G dan gaya keatas melalui B1 . Titik M merupakan busur dari gaya-gaya tersebut. Bila dari titik G ditarik garis tegak lurus ke B1M maka berhimpit dengan sebuah titik Z. Garis GZ inilah yang disebut dengan lengan penegak (righting arms).

Seberapa besar kemampuan kapal tersebut untuk menegak kembali diperlukan momen penegak (righting moment). Pada waktu kapal dalam keadaan senget maka displasemennya tidak berubah, yang berubah hanyalah faktor dari momen penegaknya. Jadi artinya nilai GZ nyalah yang berubah karena nilai momen penegak sebanding dengan besar kecilnya nilai GZ, sehingga GZ dapat dipergunakan untuk menandai besar kecilnya stabilitas kapal.

Untuk menghitung nilai GZ sebagai berikut:

Sin ? = GZ/GM
GZ = GM x sinus ?
Moment penegak = W x GZ

g.      Periode Oleng (Rolling Period)

Periode oleng dapat kita gunakan untuk menilai ukuran stabilitas. Periode oleng berkaitan dengan tinggi metasentrik. Satu periode oleng lengkap adalah jangka waktu yang dibutuhkan mulai dari saat kapal tegak, miring ke kiri, tegak, miring ke kanan sampai kembali tegak kembali.
Wakidjo (1972), menggambarkan hubungan antara tinggi metasentrik (GM) dengan periode oleng adalah dengan rumus :

T = 0,75
?GM

dimana, T = periode oleng dalam detik
B = lebar kapal dalam meter
Yang dimaksud dengan periode oleng disini adalah periode oleng alami (natural rolling) yaitu olengan kapal air yang tenang.

h.      Pengaruh Permukaan Bebas (Free Surface Effect)

Permukaan bebas terjadi di dalam kapal bila terdapat suatu permukaan cairan yang bergerak dengan bebas, bila kapal   mengoleng   di laut   dan cairan    di dalam  tangki bergerak-gerak akibatnya titik berat cairan   tadi tidak   lagi berada di tempatnya semula. Titik G dari cairan tadi kini berada   di atas cairan    tadi, gejala ini     disebut dengan  kenaikan semu titik berat, dengan demikian perlu adanya koreksi      terhadap nilai       GM yang kita perhitungkan dari kenaikan semu titik berat cairan tadi pada saat kapal mengoleng sehingga diperoleh nilai GM yang efektif.

Perhitungan untuk koreksi permukaan bebas dapat mempergunakan rumus:
gg1 = r . x l x b3
12 x 35 x W

dimana, gg1 = pergeseran tegak titik G ke G1
r = berat jenis di dalam tanki dibagi berat jenis cairan di luar kapal
l = panjang tangki
b = lebar tangki
W = displasemen kapal

5.         Menghitung KG dan GM

            Beberapa metode yang biasa digunakan dalam menghitung titik KG pada kapal, diantaranya dengan menggunakan rumus :

Contoh soal :

Sebuah kapal yang memiliki displismen 7.000 ton dan KG = 5,1816 meter melakukan bongkar 200 ton dengan titik berat 4,572 meter. Bongkar 150 ton, titik berat 3,048 meter. Memuat 400 ton. Titik berat 2,4383 m. mengisi 100 ton air tawar tangki penuh. Sebelumnya berisi setengah dan tinggi tangki 1,8288 m

Ditanya :

a.       Hitunglah KG kapal tersebut

Bila KM = 6,4008

b.      Bila tinggi M kapal dikehendaki 0,9144 m berapa banyak bobot yang harus dipindahkan dari bawah keatas sejauh 12,19 m?

Jawab:

Kegiatan	(w) ton	(d) meter	Momen
∆	7.000	5,1816	36.271,2
Bongkar	-200	4,572	-914,4
	-150	3,048	-457,2
Muat	+400	2,43884	975,36
	+200	0,9144	182,88
∑w	7.250	∑m	36.057,84

Penyelesaian:

     = 36.057 ton

         7.250  ton

     = 4,9735 m

GM = KM – KG

        = 6.4008m – 4,9735m

        = 1,4273 m

GG =

 w    =

GG  = KG-KG

        = 4,9735m – 5,1816m

        = 0,2081

  w   = 0,2081m x 7.000 ton

                    12,1992m

        = 119,48 ton

6.         Satuan Muatan kapal / Perubahan Sarat Kapal

            untuk menghitung  satuan muatan kapal (perubahan sarat kapal) diperlukan data. TPI (ton per inch) atau TPC (ton per centimeter).

TPI adalah jumlah berat yang harus dimuat atau dibongkar untuk mengubah serat rata-rata kapal sebanyak satu Inch. sedangkan TPC adalah jumlah muatan yang harus dimuat atau dibongkar serat rata-rata kapal sebanyak satu Centimeter.

Bila dimuat bobot seberat  W ton. Dan serat rata-rata kapal bertambah dengan 1 Inch.

Maka

W        = TPI dan WW1=  LL1=1=1/2 kaki

Berat   =  TPI

            = barat air yang dipindahkan sebuah kotak WW1  LL1

Volume WW1  LL1    = AWP x 1/2\

                                    = AWP/12 x kaki³

            Beratnya          = AWP/12 x 35  = AWP/420

                              A   = AWP=Luas bidang air

Jadi TPI = AWP/420

Perhitungan TPI dan TPC (satuan Muatan Kapal)

a.       Rumus Mencari FWA

1.      Rumus mencari FWA dalam Inchi

Untuk mencari FWA dapat dilakukan dengan menggunakan rumus

FWA= ∆/40 x TPI

Contoh soal

Berat benaman sebuah kapal adalah 11.000 ton dan TPI untuk sarat musim panas 40, hitunglah berapa FWA bagi kapal tersebut.

Jawaban:

FWA   = ∆ / 40 x TPI

            = 11.000/40 x 40

            = 11.000/1600

            = 6.78 Inchi

2.      Rumus mencari FWA dalam Centi Meter

FWA = ∆/4 x TPC

Contoh soal :

Berat benaman sebuah kapal adalah 13.000 ton. Dan TPC nya 50. Hitunglah FWA dalam Centi Meter.

Jawaban:

FWA   = ∆/4 x TPC

            = 13.000/4 x 50

            = 13.000/200

            = 65 cm

7.         Pergeseran titik G karena pemuatan dan pembongkaran

            Contoh kasus :

            Sebuah kapal displismen = 1500 ton, KG=12m, dimuat 200 ton dengan titik berat 10m diatas lunas. Ditanya: bagaimana pengaruh muatan tersebuta terhadap KG awal?

            Cara lama :

Muatan	Berat	KG	Momen
Disp	1500	12	18.000
Muat	200	10	2.000
	1700	KG¹	20.000

KG¹ =  = 20.000/1.700= 11,765

GG¹ = KG¹ - KG = 11,765 – 12 = -0235

Rumus memuat

 GG¹=Wx(KG¹-KG)/?+_W

Contoh soal:

Sebuah kapal dengan ∆ 2000 ton, letak titik beratnya 10 kaki di atas lunas. Letak titil metasentrum 12,5 kaki diatas lunas. Sekarang dipindah muatan sebanyak 100 ton dengan titik berat 4 kaki diatas lunas ketitik berat 8 kaki diatas lunas.

Ditanya : tinggi metasentrum kapal itu sekarang

Jawab :

GG¹ = Wxd/∆+W

      = 10x(KG¹)-KG/2000+0

      = 100x(8-4)/2000

        = 400/2000

GG¹ =  0,2

KG  = 10

KG¹ = 10,2

KM = 12,5

GM = 2,3 kaki

Rumus bongkar

Contoh soal:

Sebuah kapal dengan ∆ 2200 ton, KG = 11, dibongkar 50 ton dengan titik berat 16? Diatas lunas.

Ditanya : letak titik berat sekarang diatas lunas.

Jawab :

           =

               =

GG¹  = -0,116

KG   = 11

KG¹  = 10,881