2 tinjauan pustaka

2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Stabilitas
Nomura dan Yamazaki (1977) menjelaskan bahwa stabilitas merupakan
kemampuan kapal untuk kembali ke posisi semula setelah miring akibat pengaruh
gaya dari dalam maupun dari luar kapal. Selanjutnya, Fyson (1985)
mendefinisikan stabilitas sebagai kemampuan kapal untuk kembali ke posisi
semula setelah mengalami pergerakan sementara yang disebabkan oleh angin,
gelombang, muatan di kapal, dan sebagainya. Stabilitas dipengaruhi oleh letak
titik-titik utama dari gaya yang bekerja pada sebuah kapal. Titik-titik tersebut
adalah (Taylor 1977) :
1) Titik B (center of buoyancy) merupakan titik khayal yang menjadi pusat
seluruh gaya apung yang bekerja ke atas.
2) Titik G (center of gravity) merupakan titik khayal yang menjadi pusat
seluruh gaya berat yang bekerja dengan arah vertikal.
3) Titik M (metacenter) merupakan titik khayal yang menjadi perpotongan
dari garis khayal yang melalui titik B dan G saat kapal mengalami
kemiringan akibat pengaruh gaya-gaya pada kapal.
Keadaan yang stabil pada suatu kapal dapat dicapai dengan beberapa syarat.
Hind (1982) menyebutkan bahwa syarat kondisi keseimbangan dapat dicapai
apabila :
1) Titik B sama dengan titik W (gaya berat kapal).
2) Titik B dan titik G berada dalam satu garis vertikal.
3) Titik G di bawah titik M.
4
(1) Posisi keseimbangan
(3) Keseimbangan tidak stabil
(2) Keseimbangan stabil
(4) Keseimbangan netral
Keterangan :
B
G
M
w
: titik pusat apung
: titik pusat gravitasi
: titik metacenter
: gaya yang bekerja
GZ
K
WL
: lengan pengembali
: lunas
: garis air
Sumber : Derret (1991)
Gambar 1 Posisi keseimbangan
Muatan dalam kapal terdiri dari dua macam yaitu muatan padat dan muatan
cair. Perbedaan jenis muatan ini akan mempengaruhi stabilitas kapal. Muatan
cair akan mudah berubah bentuk sedangkan muatan padat akan cenderung tetap.
Mudahnya muatan cair untuk berubah bentuk sesuai dengan wadahnya akan
mempengaruhi pergerakan kapal. Pergerakan zat cair dalam sebuah tangki yang
sebagian penuh dapat mengurangi stabilitas kapal. Hal ini disebabkan karena saat
kapal mengalami kemiringan, pusat gravitasi (titik G) dari zat cair tersebut
bergerak menuju sisi yang lebih rendah untuk mengurangi lengan pembalik
(Lewis 1988).
5
2.2 Free Surface
Lewis (1988) menjelaskan bahwa free surface merupakan permukaan bebas
yang biasanya terdapat pada benda berbentuk cair yang mengakibatkan benda cair
tersebut mudah berubah bentuk sesuai dengan media yang ditempatinya. Efek
free surface akan dirasakan terutama pada saat kapal melakukan gerakan rolling.
Semakin kecil efek free surface yang timbul saat kapal melakukan gerakan rolling
maka peluang kapal untuk menjadi terbalik semakin kecil. Adapun faktor-faktor
yang dapat mempengaruhi besar kecilnya efek permukaan bebas antara lain
adalah ketinggian muatan cair dalam tangki, sudut oleng dan periode rolling
kapal. Selain itu, Lewis (1988) menyebutkan bahwa dua cairan yang berbeda
juga dapat mempengaruhi efek free surface yang terjadi.
Praktik yang biasa dilakukan dalam mengevaluasi efek permukaan bebas
dalam tangki kapal adalah dengan mengasumsikan penempatan yang paling buruk
dari suatu benda cair yang mungkin terjadi.
Apabila tangki dalam keadaan
kosong atau penuh maka tidak ada efek yang terjadi. Efek maksimum akan
terjadi apabila tangki dalam keadaan setengah penuh (Lewis 1988).
Selanjutnya, Hind (1982) menambahkan bahwa tidak ada perpindahan cairan
yang terjadi apabila tangki dalam keadaan penuh sehingga hal tersebut dapat
dianggap memiliki pengaruh yang sama seperti pada muatan padat dimana pusat
gravitasi juga merupakan pusat volume benda. Oleh karena itu, untuk mencegah
terjadinya oleng, salah satunya dapat dilakukan dengan cara sebisa mugkin
mengurangi permukaan cairan bebas yang ada.
(a) Tangki pada
umumnya
(b) Tangki yag disekat pada
bagian tengah dan muatan
berbeda ketinggian
Sumber : Hind (1982)
Gambar 2 Pergerakan air dalam tangki di permukaan air
6
Ketika sebuah kapal memiliki tangki yang penuh didalamnya, maka isi tangki
tidak akan bergeser.
Pusat gravitasi tangki tidak berubah, sehingga tidak
mempengaruhi stabilitas kapal. Ketika sebuah kapal memiliki tangki yang terisi
sebagian, isi akan bergeser mengikuti gerakan kapal. Efek free surface ini yang
menjadikan kapal mudah terbalik. Pusat gravitasi akan bergerak ke samping,
membuat kapal kurang stabil. Dengan demikian, untuk menghindari efek free
surface ini perlu adanya pengurangan jumlah tangki yang hanya terisi sebagian
atau memaksimalkan muatan dalam tangki. Selain itu, membagi tangki menjadi
dua bagian yang sama dengan menggunakan pembatas dapat sangat mengurangi
efek free surface tersebut.
(1) kapal bermuatan tangki penuh
(3) Kapal bermuatan tangki bersekat yang terisi sebagian
(2) Kapal bermuatan tangki terisi sebagian
(4) kapal yang menggunakan tangki bersekat
Sumber : http://www.tc.gc.ca/eng/marinesafety/tp-tp10038-27-stab-free-surface-effect-323.htm
Gambar 3 Efek free surface terhadap stabilitas kapal
7
2.3 Rolling Period
Pergerakan kapal erat hubungannya dengan kenyamanan.
Hind (1982)
menyebutkan bahwa gerakan kapal yang terjadi di permukaan gelombang adalah
rolling, pitching, yawing, heaving, surging dan swaying. Selanjutnya, Novita
(2011) menambahkan bahwa keenam gerakan tersebut dapat terjadi dalam waktu
yang bersamaan, namun gerakan rolling dan pitching merupakan gerakan yang
mendominasi.
Rolling merupakan gerakan anguler kapal yang memutar ke kiri dan ke kanan
terhadap sumber longitudinal kapal sepanjang sumbu x (Bhattacharyya, 1978).
Dalam pergerakannya, kapal memerlukan waktu untuk kembali ke posisi semula
yang disebut dengan periode. Marjoni (2009) menjelaskan bahwa periode oleng
(rolling period) adalah sejumlah waktu yang dibutuhkan kapal untuk kembali
tegak setelah kapal menjadi miring. Nilai periode oleng sangat tergantung dari
tinggi metacenter (GM) dan radius girasi dari kapal tersebut.
Hind (1982)
menyatakan bahwa nilai GM berbanding terbalik dengan nilai periode oleng pada
lebar kapal yang tetap.
Marjoni (2009) menjelaskan bahwa nilai periode oleng yang kecil
mengakibatkan keolengan kapal semakin cepat sehingga tegangan menjadi besar
dan olengan menjadi kaku (stiff) dan menyentak. Keolengan kapal yang cepat
dapat diperlambat dengan memperkecil tinggi metacenter (GM). Hal ini dapat
dilakukan dengan pengaturan distribusi muatan yang baik di atas kapal.
Pengaturan muatan yang baik merupakan hal penting yang mempengaruhi
stabilitas dan kenyamanan kerja di atas kapal.