Progres Pembelajaran Minggu ke 3

RANCANGAN PROYEK: OPTIMALISASI DESAIN STRUKTUR KAPAL DENGAN IMPLEMENTASI metode HOLTROP
BAB I

DASAR TEORI METODE HOLTROP PADA ANALISIS RESISTANCE KAPAL

1.1 Gambaran Umum Metode Holtrop

Metode Holtrop merupakan metode empiris yang digunakan untuk memprediksi tahanan total (total resistance) kapal displacement berdasarkan parameter geometrik hull dan karakteristik hidrodinamika kapal.

Metode ini dikembangkan oleh:
J. Holtrop
dan banyak digunakan dalam bidang rekayasa perkapalan untuk analisis preliminary design karena memiliki akurasi yang baik dengan kebutuhan komputasi yang relatif rendah.

Dalam bidang hidrodinamika kapal, metode Holtrop digunakan untuk menganalisis:

• total resistance kapal,
• frictional resistance,
• residual resistance,
• wave-making resistance,
• effective power,
• karakteristik performa hull kapal.

Metode ini umum digunakan pada:

• kapal displacement,
• kapal niaga,
• kapal patroli,
• kapal penumpang,
• kapal ukuran kecil hingga menengah.

Pada penelitian ini metode Holtrop diterapkan menggunakan:
Maxsurf Resistance
untuk melakukan analisis tahanan kapal dan evaluasi performa hidrodinamika hull kapal.

---

1.2 Konsep Dasar Metode Holtrop

Metode Holtrop bekerja berdasarkan pendekatan empiris dengan memanfaatkan parameter utama kapal untuk memperkirakan komponen-komponen tahanan kapal.

Pada metode ini, total resistance kapal merupakan hasil penjumlahan beberapa komponen tahanan, yaitu:

$R_T = R_F + R_R + R_A$RT​=RF​+RR​+RA​

$R_1$R1​

$R_2$R2​

$R_3$R3​

$V$V

$R_{\text{total}} = R_1 + R_2 + \dots = 24\,\Omega,\ I = 0.5$Rtotal​=R1​+R2​+⋯=24Ω, I=0.5V1 = 4V2 = 4V3 = 4I = 0.5

Keterangan:

• $R_T$RT​ = total resistance,
• $R_F$RF​ = frictional resistance,
• $R_R$RR​ = residual resistance,
• $R_A$RA​ = additional resistance.

Metode Holtrop memperhitungkan pengaruh:

• bentuk hull,
• wetted surface area,
• panjang kapal,
• kecepatan kapal,
• serta pembentukan gelombang terhadap resistance kapal.

---

1.3 Persamaan Dasar Metode Holtrop

1.3.1 Reynolds Number

Reynolds Number digunakan untuk menentukan karakteristik aliran fluida di sekitar hull kapal.

$Re = \frac{V L}{\nu}$Re=νVL​

Keterangan:

• $Re$Re = Reynolds Number,
• $V$V = kecepatan kapal,
• $L$L = panjang karakteristik kapal,
• $\nu$ν = viskositas kinematik fluida.

Kriteria aliran:

• $Re < 2300$Re<2300 → laminar,
• $2300 < Re < 4000$2300<Re<4000 → transisi,
• $Re > 4000$Re>4000 → turbulen.

Pada kapal, aliran umumnya bersifat turbulen karena Reynolds Number sangat tinggi.

---

1.3.2 Friction Coefficient

Koefisien gesek dihitung menggunakan pendekatan ITTC 1957.

$C_F = \frac{0.075}{(\log_{10}Re – 2)^2}$CF​=(log10​Re−2)20.075​

Keterangan:

• $C_F$CF​ = friction coefficient,
• $Re$Re = Reynolds Number.

Nilai $C_F$CF​ menunjukkan besarnya pengaruh gesekan fluida terhadap permukaan hull kapal.

---

1.3.3 Frictional Resistance

Frictional resistance merupakan tahanan akibat gesekan antara fluida dan permukaan hull kapal.

$R_F = \frac{1}{2}\rho V^2 S C_F$RF​=21​ρV2SCF​

Keterangan:

• $R_F$RF​ = frictional resistance,
• $\rho$ρ = massa jenis fluida,
• $V$V = kecepatan kapal,
• $S$S = wetted surface area,
• $C_F$CF​ = friction coefficient.

---

1.3.4 Froude Number

Froude Number digunakan untuk menganalisis pengaruh pembentukan gelombang kapal terhadap resistance.

$Fn = \frac{V}{\sqrt{gL}}$Fn=gL​V​

Keterangan:

• $Fn$Fn = Froude Number,
• $V$V = kecepatan kapal,
• $g$g = percepatan gravitasi,
• $L$L = panjang kapal.

Semakin besar nilai Froude Number, maka pengaruh wave-making resistance semakin signifikan.

---

1.3.5 Effective Power

Setelah total resistance diperoleh, kebutuhan daya efektif kapal dihitung menggunakan:

$P_E = R_T \times V$PE​=RT​×V

Keterangan:

• $P_E$PE​ = effective power,
• $R_T$RT​ = total resistance,
• $V$V = kecepatan kapal.

---

1.4 Parameter Penting Metode Holtrop

Dalam analisis resistance menggunakan metode Holtrop terdapat beberapa parameter utama yang mempengaruhi hasil simulasi.

1. Kecepatan Kapal (V)

Kecepatan kapal mempengaruhi:

• resistance,
• friction coefficient,
• wave-making resistance,
• effective power.

---

2. Wetted Surface Area (S)

Luas permukaan hull yang kontak langsung dengan air.

Semakin besar wetted surface area maka frictional resistance semakin besar.

---

3. Length Waterline (LWL)

Panjang garis air kapal mempengaruhi:

• Froude Number,
• karakteristik pembentukan gelombang,
• dan resistance kapal.

---

4. Displacement Volume

Volume displacement mempengaruhi:

• stabilitas kapal,
• karakteristik hidrodinamika,
• serta resistance total.

---

5. Prismatic Coefficient (Cp)

Koefisien bentuk hull yang mempengaruhi:

• efisiensi aliran fluida,
• wave resistance,
• dan performa hidrodinamika kapal.

---

1.5 Langkah Perhitungan Metode Holtrop

Tahapan analisis resistance menggunakan metode Holtrop dilakukan sebagai berikut.

---

Step 1 — Pemodelan Hull Kapal

Membuat model geometry hull kapal pada:
Maxsurf Modeler

---

Step 2 — Perhitungan Hydrostatics

Software menghitung:

• displacement,
• draft,
• wetted surface area,
• dan parameter hull lainnya.

---

Step 3 — Penentuan Variasi Kecepatan

Menentukan rentang kecepatan kapal yang akan dianalisis.

Contoh:

0 – 10.5 knot

---

Step 4 — Perhitungan Reynolds Number

Untuk setiap kecepatan, software menghitung Reynolds Number.

---

Step 5 — Perhitungan Friction Coefficient

Koefisien gesek dihitung menggunakan persamaan ITTC 1957.

---

Step 6 — Perhitungan Frictional Resistance

Software menghitung tahanan gesek akibat interaksi fluida dengan hull kapal.

---

Step 7 — Perhitungan Residual Resistance

Software memperkirakan:

• wave-making resistance,
• viscous pressure resistance,
• dan efek bentuk hull.

---

Step 8 — Perhitungan Total Resistance

Semua komponen tahanan dijumlahkan menjadi total resistance kapal.

---

Step 9 — Perhitungan Effective Power

Software menghitung kebutuhan daya efektif kapal.

---

Step 10 — Post Processing

Hasil divisualisasikan dalam bentuk:

• grafik resistance vs speed,
• tabel resistance,
• dan tabel effective power.

---

1.6 Output Metode Holtrop

Output utama simulasi metode Holtrop meliputi:

1. Resistance vs Speed

Hubungan antara kecepatan kapal dan total resistance.

2. Total Resistance

Total hambatan hidrodinamika kapal.

3. Frictional Resistance

Hambatan akibat gesekan fluida.

4. Residual Resistance

Hambatan akibat pembentukan gelombang dan tekanan fluida.

5. Effective Power

Perkiraan kebutuhan daya kapal.

6. Froude Number

Parameter karakteristik hidrodinamika kapal.

---

1.7 Karakteristik Hidrodinamika Berdasarkan Metode Holtrop

Metode Holtrop mampu menggambarkan karakteristik resistance kapal berdasarkan perubahan kecepatan.

Karakteristik utama yang dianalisis meliputi:

1. Saat Kecepatan Meningkat

• resistance meningkat,
• wave-making resistance meningkat,
• effective power meningkat.

---

2. Pengaruh Bentuk Hull

Bentuk hull mempengaruhi:

• wetted surface area,
• wave resistance,
• efisiensi aliran,
• dan performa kapal.

---

3. Pengaruh Froude Number

Semakin tinggi Froude Number:

• pembentukan gelombang semakin besar,
• residual resistance meningkat,
• kebutuhan daya kapal bertambah.

---

1.8 Kesimpulan Dasar Metode Holtrop

Metode Holtrop merupakan metode empiris yang digunakan untuk memperkirakan resistance kapal secara cepat dan efisien berdasarkan parameter utama hull kapal.

Metode ini mampu:

• menghitung total resistance,
• memperkirakan effective power,
• menganalisis performa hidrodinamika kapal,
• serta membantu optimasi desain hull kapal.

Dengan implementasi metode Holtrop menggunakan Maxsurf Resistance, analisis resistance kapal dapat dilakukan secara efisien tanpa kebutuhan komputasi CFD yang kompleks sehingga sangat sesuai untuk tahap preliminary design dan evaluasi awal performa kapal.