Presentasi Tugas Akhir [Compatibility Mode]

Bulk Carrier 50,000 DWT

Tugas Akhir Analisa Getaran Badan Kapal Bulk Carrier Akibat Eksitasi Mesin Induk dan Baling-Baling Pada Tahap Sea Trial Dengan Metode Elemen Hingga Ridwan Arifin Ir. Petrus Eko Panunggal, Ph.D

Pendahuluan • Tugas g Akhir ini merupakan p studi kasus kapal p Bulk Carrier 50,000 DWT. • Kapal diketahui diketah i bergetar pada saat sea trial trial. • Getaran yang terjadi melebihi standar ISO 6954. • Getaran dapat dikurangi setelah top bracing dilepas. • Data hasil pengukuran getaran di lapangan dipakai sebagai dasar mencari faktor redaman. Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 2

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Latar Belakang • Getaran yyang g berlebih dapat p mengakibatkan g kerusakan kapal. • Getaran yang ang berlebih dapat disebabkan karena eksitasi mesin induk dan baling-baling. • Untuk mengatasi permasalahan getaran kapal memerlukan biaya tinggi. • Untuk mengantisipasi agar getaran dapat diketahui sebelum tahap pembangunan, maka perlu dilakukan analisa pada tahap desain awal. Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 3

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Permasalahan • Berapa p besarnya y g gaya y eksitasi p pada mesin induk dan baling-baling. • Berapa nilai faktor redaman yang ang harus har s diberikan pada model, saat analisa getaran dilakukan pada tahap desain awal awal.

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 4

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Tujuan • Mencari g gaya y eksitasi p pada mesin induk dan baling-baling. • Memodelkan kapal kedalam bentuk bent k elemen hingga. • Mencari respon getaran akibat gaya eksitasi mesin induk dan baling-baling. baling baling. • Mencari besarnya nilai faktor redaman yang sesuai dengan data pengkuran.

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 5

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Batasan Masalah • Analisa hanya y dilakukan p pada p pelat, p profil dan massa yang cukup berat. •S Sumber mber eksitasi berasal dari mesin ind induk k dan baling-baling. • Model elemen hingga di-run dengan tanpa konstrain (free beam).

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 6

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Flow Chart Analisa Gambar Konstruksi Berat Kapal

Model Elemen Hingga

Berat Peralatan & Perlengakapan

Mesin Induk Kapal

Engine Unbalance Force & Moment Forced Vibration Analysis (Harmonic Analysis) Alternating Thrust & Hull Surface Force

Baling-Baling Kapal

Hasil Perhitungan (Displasemen)

Perhitungan Gaya Eksitasi

Grafik Displasemen Vs Faktor Redaman

Hasil Pengukuran di Lapangan (Displasemen)

Grafik Displasemen Vs Faktor Redaman

Titik Perpotongan

Nilai Faktor Redaman Kapal

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 7

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Pemodelan Elemen Hingga Pemodelan elemen hingga yang terbentuk:

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 8

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Flow Chart Analisa Gambar Konstruksi Berat Kapal

Model Elemen Hingga

Berat Peralatan & Perlengakapan

Mesin Induk Kapal

Engine Unbalance Force & Moment Forced Vibration Analysis (Harmonic Analysis) Alternating Thrust & Hull Surface Force

Baling-Baling Kapal

Hasil Perhitungan (Displasemen)

Perhitungan Gaya Eksitasi

Grafik Displasemen Vs Faktor Redaman

Hasil Pengukuran di Lapangan (Displasemen)

Grafik Displasemen Vs Faktor Redaman

Titik Perpotongan

Nilai Faktor Redaman Kapal

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 9

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Gaya Eksitasi Mesin Induk 1. Gaya dan Momen Eksternal Merupakan reaksi vertikal pada piston akibat tekanan pembakaran gas.

2. Gaya dan Momen Lateral Tipe-H Gaya reaksi melintang yang bekerja pada top g terhadap pp pondasi mesin akibat tekanan bracing pembakaran gas.

3 Gaya dan Momen Lateral Tipe-X 3. Gaya reaksi melintang yang bekerja pada pondasi mesin akibat massa yang tidak seimbang seimbang. Referensi: S50MC-C Project Guide, 2005)

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 10

Momen Eksternal

Momen Lateral Tipe H

Momen Lateral Tipe X

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Gaya Eksitasi Baling-Baling 1. Alternating Thrust • Merupakan reaksi longitudinal akibat baling-baling bekerja di daerah wake. (Hirowatari, 2006)

2 Hull 2. H ll Surface S f Forces F • Merupakan reaksi tekanan pada buritan p akibat baling-baling g g bekerja j di kapal daerah wake. (VERITEC,1985)

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 11

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Flow Chart Analisa Gambar Konstruksi Berat Kapal

Model Elemen Hingga

Berat Peralatan & Perlengakapan

Mesin Induk Kapal

Engine Unbalance Force & Moment Forced Vibration Analysis (Harmonic Analysis) Alternating Thrust & Hull Surface Force

Baling-Baling Kapal

Ridwan Arifin 4102 100 045

Perhitungan Gaya Eksitasi

No. 12

Hasil Perhitungan (Displasemen)

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Forced Vibration Analisa Respon Harmonik: • Getaran yang dianalisa hanyalah getaran steady state. • Frekuensi Harmonik yang dianalisa adalah 0 ~ 30Hz. 30Hz • Respon yang diinginkan (Stepped) setiap 0.25 Hz. • Redaman yang diberikan ke model adalah 0.01, 0.03, 0.05, 0.07 dan 0.09

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 13

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Analisa & Pembahasan 1. Pengaruh Pemasangan Top Bracing Translasi UX dengan faktor redaman 0.05

Translasi UY dengan faktor redaman 0.05 7.0E-04

3 0E-04 3.0E 04

D Dengan T Top Bracing B i

2.5E-04

Tanpa Top Bracing

Displasemen (m)

Displasemen (m)

3.5E-04

2.0E-04 1.5E-04 1.0E-04

6 0E-04 6.0E 04

D Dengan T Top B Bracing i

5.0E-04

Tanpa Top Bracing

4.0E-04 3.0E-04 2.0E-04

5 0E-05 5.0E-05

1 0E 04 1.0E-04

0.0E+00

0.0E+00

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

Frekuensi (Hz)

15

20

25

30

Frekuensi (Hz)

Translasi UZ dengan faktor redaman 0 0.05 05

Displase emen (m)

1.4E-05

Dengan Top Bracing

1.2E-05

Tanpa Top Bracing

1.0E-05 8.0E-06 6 0E 06 6.0E-06 4.0E-06 2.0E-06 0.0E+00 0

5

10

15

20

25

30

Frekuensi (Hz)

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 14

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Analisa & Pembahasan 2. Pengaruh Redaman Terhadap Respon Respon Getaran, UY 4.0E-04

4.0E-04

3.5E-04

0.01

3.0E-04

0.03

3.5E-04

0.01

3.0E-04

0.03

2.5E-04

0 05 0.05

2.0E-04

0.07

Displaseme en (m)

Displaseme en (m)

Respon Getaran, UX 4.5E-04

0.09

1.5E-04

0.05

2.5E-04

0.07 0 0

2.0E-04

0.09

1.5E-04 1.0E-04

1.0E-04 5.0E-05

5.0E-05

0.0E+00

0.0E+00

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

Frekuensi (Hz)

15 Frekuensi (Hz)

20

25

30

Respon Getaran, UZ 1.0E-03 0.01

9.0E-04

0.03

Disp plasemen (m)

8.0E-04

0.05

7.0E-04

0.07

6.0E-04

0.09

5.0E-04 4.0E-04 3.0E-04 2.0E-04 1.0E-04 0.0E+00 0

Ridwan Arifin 4102 100 045

5

10

15 Frekuensi (Hz)

No. 15

20

25

30

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Flow Chart Analisa Gambar Konstruksi Berat Kapal

Model Elemen Hingga

Berat Peralatan & Perlengakapan

Mesin Induk Kapal

Engine Unbalance Force & Moment Forced Vibration Analysis (Harmonic Analysis) Alternating Thrust & Hull Surface Force

Baling-Baling Kapal

Perhitungan Gaya Eksitasi

Hasil Perhitungan (Displasemen)

Grafik Displasemen Vs Faktor Redaman

Hasil Pengukuran di Lapangan (Displasemen)

Grafik Displasemen Vs Faktor Redaman

Titik Perpotongan

Nilai Faktor Redaman Kapal

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 16

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Analisa & Pembahasan 3. Nilai Faktor Redaman Top Deck, UY

1.0E-05

1.40E-05

8.0E-06 6.0E-06

Displcementt (

1.20E-05

Model

4.0E-06

Kapal

1 00E 05 1.00E-05 8.00E-06

Model

6.00E-06

Kapal

4.00E-06

1 0.

08

07

09 0.

0.

0.

06 0.

05 0.

04 0.

03 0.

0.

02

2.00E-06 0.00E+00

01

0.0E+00

0

2.0E-06

0.

Displacemen nt (m)

Top Deck, UX

0

0 02 0.02

0 04 0.04

0 06 0.06

0 08 0.08

01 0.1

0 12 0.12

0 14 0.14

Damping factor

Damping factor

Top Deck, UZ Disp placement (m)

2.0E-05 1.5E-05 Model

1.0E-05

Kapal

5 0E 06 5.0E-06

0. 1

0 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 0. 05 0. 06 0. 07 0. 08 0. 09

0.0E+00

Damping factor

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 17

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Analisa & Pembahasan 3. Nilai Faktor Redaman

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 18

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Kesimpulan • Nilai faktor redaman berpengaruh pada amplitudo displasemen. displasemen • Faktor redaman pada kapal ini mempunyai nilai yang b b d b d di berbeda-beda disetiap ti ttempat, t sehingga hi ffaktor kt redaman d ini lebih bersifat faktor redaman lokal. • Besarnya faktor redaman pada kapal ini bervariasi antara 0.00768 sampai 0.1187. • Besarnya nilai faktor redaman tersebut tergantung pada struktur konstruksi.

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 19

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Saran • Besarnya gaya eksitasi akan lebih tepat dengan melakukan pengukuran dilapangan. dilapangan • Asumsi analisa adalah kapal bergetar dalam ruang hampa (free beam) beam). Pada kenyataannya terdapat elemen fluida yang meredam getaran. • Penambahan massa air yang ikut bergetar pada kapal perlu dipertimbangkan untuk memperoleh hasil yang lebih mendekati kondisi di lapangan.

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 20

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

“Terima Kasih”

Ukuran Utama Kapal PRINCIPAL PARTICULARS LENGTH OVERALL abt. bt 189 189.90 90 M LENGTH BETWEEN PERPENDICULARS 182.00 M BREADTH MOULDED 30.50 M DEPTH MOULDED 17.50 M DESIGN DRAFT 11.00 11 00 M SCANTLING DRAFT 12.80 M SERVICE SPEED ON 11 M DRAFT abt. 14.5 KNOTS Main Engine : MAN B&W 6S50 MC - C DEADWEIGHT AT DESIGN DRAFT abt. DEADWEIGHT AT SCANT. DRAFT abt. GROSS TONNAGE abt abt. NETT TONNAGE (at 12,82 M) abt. NETT TONNAGE (at 11,00 M) abt. COMPLEMENT AIR DRAFT : - From B.L to Top of Mast = - From B.L to Top of Hatch Coaming (1 - 2) = - From B.L to Top of Hatch Coaming (3 - 5) =

41,000 TON 50,000 TON 30,260 30 260 TON 17,150 TON 12,600 TON 25 PERSONS 52,000 M 20,200 M 19,550 M Back

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 22

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

ISO 6954 (Kenyamanan Crew & Penumpang) Level getaran yang diperbolehkan adalah: • Untuk frekuensi 1 Hz ~ 5 Hz Hz, percepatan yang diperbolehkan adalah dibawah 0.013g atau 126 mm/s2. • Untuk frekuensi diatas 5 Hz~100 Hz Hz, kecepatan yang diperbolehkan dibawah 4 mm/s.

L Level l getaran t yang tidak tid k diperbolehkan di b l hk adalah: d l h • Untuk frekuensi 1 Hz ~ 5 Hz, percepatanya melebihi 0.029g atau 285 mm/s2. • Untuk frekuensi diatas 5 Hz~100 Hz, kecepatannya melebihi 9 mm/s.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 23

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

ISO 4868 (Struktur Lokal) Level getaran yang diperbolehkan adalah: • Untuk frekuensi 1 Hz ~ 5 Hz Hz, displasemen yang diperbolehkan adalah kurang dari 1 mm. • Untuk frekuensi diatas 5 Hz~100 Hz, kecepatan yang diperbolehkan dibawah 30 mm/s mm/s.

L Level l getaran t yang tidak tid k diperbolehkan di b l hk adalah: d l h • Untuk frekuensi 1 Hz ~ 5 Hz, displasemennya melebihi 2 mm. • Untuk frekuensi diatas 5 Hz~100 Hz, kecepatannya melebihi 60 mm/s.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 24

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Pemilihan Elemen • Untuk pemodelan pelat digunakan elemen SHELL 93. • Untuk pemodelan penumpu, penegar, gading, balok geladak dan profile yang lainnya digunakan elemen BEAM 189. 189 • Untuk pemodelan mesin, baling-baling dan massa-massa yang cukup besar lainnya digunakan elemen MASS 21.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 25

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Material Properties • Modulus Elastisitas untuk baja diambil 200GPa • Poisson Ratio untuk baja diambil 0.3 • Density atau massa jenis baja adalah 7850 kg/m3.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 26

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Meshing •

Satu elemen diantara penegar memanjang, panjang elemen secara memanjang tidak boleh lebih dari dua kali jarak penegar memanjang. memanjang

•

Satu elemen pada setiap jarak transversal dan vertical stiffner pada web frame.

•

Paling sedikit ada tiga elemen pada wrang, girder, web frame dan stringer.

•

Aspectt ratio A ti element l t secara umum tidak boleh lebih dari 3. Back

Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 27

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Sistem Koordinat Model

Y

WHEELHOUSE TOP BRIDGE DECK CAPTAIN'S DECK OFFICER'S DECK CREW'S DECK

NO. 5 CARGO HOLD

NO. 4 CARGO HOLD

NO. 3 CARGO HOLD (BALLAST HOLD)

NO. 2 CARGO HOLD

NO. 1 CARGO HOLD

Z X

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 28

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

SHELL 93 1.SHELL 93 (8-Node Structural Shell) – Memiliki 8 node. – Tiap node memiliki 6 derajat kebebasan, 3 translasi dan 3 rotasi rotasi.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 29

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

BEAM 189 2. BEAM 189 (Quadratic Finite Strain Beam) – Memiliki 3 node. – Tiap node memiliki 6 derajat kebebasan, 3 translasi dan 3 rotasi rotasi.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 30

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Mass 21 3. Mass 21 – Memiliki 1 node (Elemen titik). – Node tersebut memiliki 6 derajat kebebasan, 3 translasi dan 3 rotasi.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 31

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Gaya dan Momen Eksternal •

Gaya eksternal tiap silinder didapat dari: Fg  FV 6  1.33 kN

•

Konstribusi terbesar dari momen eksternal terletak di piston paling tepi (piston no. 1 dan no.6), ForceV  M V LX  151.18 kN Dengan, Fv = Gaya Eksternal. Mv = Moment Eksternal. Lx = Jarak piston 1 dengan piston 6. = 5.1 m

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 32

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Gaya dan Momen Lateral Tipe-H • Gaya dan Momen Lateral Tipe-H Momen lateral tipe-H pada mesin akan menyebabkan terdapat gaya yang disalurkan top p bracing g ke lambung g kapal. p ForceZ  M H LZ  89.1 kN Dengan Dengan, MH = X-Moment LZ = Jarak top bracing ke pondasi mesin [m] 6 235 m = 6.235

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 33

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Gaya dan Momen Lateral Tipe-X • Gaya dan Momen Lateral Tipe-X Momen lateral tipe-X pada mesin akan menyebabkan reaksi gaya pada pondasi kearah horizontal. ForceX  M X LX  62.55 kN Dengan Dengan, Mx = X-Moment Lx = jarak piston 1 dengan piston 6. = 5.1 51m

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 34

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Alternating Thrust Alternating thrust merupakan prosentase dari besarnya steady thrust (To). (Hirowatari, 2006)

Fz   To Dimana FZ = Alternating thrust [kN] Dimana, To = Steady thrust [kN]



Conventional Stern

= Alternating thrust/Steady thrust

Besarnya  tergantung bentuk buritan kapal. Stern Type

Alt. Thrust/Steady Thrust

Conventional Stern

0.02 - 0.06

Strut Stern

0.005 - 0.03

Strut Stern

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 35

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Alternating Thrust • Sehingga Alternating Thrust-nya adalah 38.215 kN. • Alternating thrust ini bekerja pada thrust block pada frame 25, dengan tinggi 3.65 meter dari baseline.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 36

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Hull Surface Forces Hull surface forces merupakan resultan dari pressure impuls baling baling berkavitasi dan non baling-baling nonkavitasi. (VERITEC,1985) Pz  Pc  Po2 2

Dengan,

RPM x D  

2

Pc

160

RPM x D 

2

Po 

70

VswT max  we   1  ha  10.4  d   R 1  1  Z 1,5  d   R

ko

kc

Dimana, = Pz = Pc = Po RPM = D = Vs = ha = r = d =

Resultan pressure impuls [N/m2] Pressure impuls baling-baling berkavitasi [N/m2] Pressure impuls p baling-baling g g non-kavitasi [[N/m2]] Putaran baling-baling [Rev/menit] Diameter baling-baling [m] Kecepatan kapal [m/s] Tinggi gg p pusat p poros ke base line [[m]] Jarak pusat keujung daun baling-baling [m] Jarak ujung baling-baling ke permukaan buritan diatas baling-baling [m] R = Jari-jari j baling-baling g g [[m]] Z = Jumlah daun baling-baling Kc = 1.7 – 0.7(d/R) Ko = 1.8 + 0.4(d/R) wTmax = 0.6 ~ 0.8

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 37

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Hull Surface Forces •

Dari perhitungan didapatkan harga H ll S Hull Surface f F Forces 13.75 13 75 kN/ kN/m2. 2

•

Hull surface forces ini bekerja pada 0 8D diatas baling 0.8D baling-baling baling dan 0 0.6D 6D di belakang baling-baling (ITTC, 1999).

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 38

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Top Bracing Pemasangan top bracing dimaksudkan untuk meredam besarnya diplasemen yang terjadi pada ujung atas badan mesin. Hal ini dikarenakan postur mesin yang tinggi dan ramping, sehingga memungkinkan g terjadi j defleksi di ujung j g atas badan mesin sangat besar.

Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 39

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Gaya Eksitasi Mesin Induk • Gaya dan Momen Eksternal Gaya dan G d momen eksternal k t l iinii di disebabkan b bk karena gaya reaksi vertikal akibat pembakaran gas pada piston.

• Gaya dan Momen Internal Gaya dan momen internal ini disebabkan karena adanya ketidak seimbangan massa yang bergerak.

• Gaya dan Momen Lateral Gaya dan momen lateral ini disebabkan karena ga gaya a reaksi ke arah melintang akibat pembakaran gas pada piston.

Dimana, Fo = Gaya vertikal akibat pembakaran gas S = Gaya pada lengan penghubung G = Gaya lateral (Guide Forces)

(Ref: Noonan, 1990) Back Ridwan Arifin 4102 100 045

No. 40

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.

Frekuensi Eksitasi 1. Eksitasi Mesin Induk  RPM  f  N  Hz  60 

f=

12 Hz

2 Eksitasi 2. Ek it i B Baling-Baling li B li (Lewis, (L i 1988) Z x RPM f  Hz 60

f=

Ridwan Arifin 4102 100 045

8 Hz

No. 41

November 20th, 2007 @Teknik Perkapalan, FTK, ITS Surabaya.