Free Surface Effect di kapal

PENGARUH CAIRAN BEBAS PADA STABILITAS

EFFECT OF FREE SURFACE OF LIQUID ON STABILITY

Pengaruh permukaan bebas yang ada dalam tanki yang diisi dengan cairan yang berbeda berat jenisnya, yang dalam mendapatkan basarnya pengaruh cairan yang terdapat dalam tanki karena cairan dalam tanki tidak dimuati penuh sehingga mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap kseimbangan kapal. Besarnya free surface tersebut sangat tergantung dari condisi cairan dalan tanki serta banyak tanki yang ada.

Bila sebuah permukaan cairan yang berada didalam kapal dapat bergerak dengan bebas, maka disebut bahwa kapal itu dalam keadaan permukaan bebas
Apabila dalam keadaan ini kapal oleng maka cairan itu akan ikut bergerak dari sisi satu kesisi yang lain, yang berarti titik beratnya kapal itu juga akan berpindah-pindah dari tempat semula. Yaitu disuatu titik diatas cairan itu. Gejala ini disebut kenaikan semu dari titk berat.

Bila sebuah tanki dikapal diisi penuh dengan cairan, maka cairan tersebut tidak dapat bergerak didalam tanki itu walaupun kapal mengalami miring atau senget. Hal ini menunjukkan bahwa titik berat dari cairan tersebut (g) juga tetap berada dalam tanki itu.

Bila kapal mengalami kemiringan dengan sudut yang kecil, dan tidak ada bobot yang bergeser dalam kapal tersebut, maka titik berat kapal (G) akan tetap berada ditempat semula.

Bila kapal mengalami kemiringan dengan sudut yang kecil, maka titik pusat gaya apung akan bergerak dari centre line ke sisi yang lebih rendah yaitu (B1)

Jika tidak ada bobot yang bergerak dalam kapal tersebut saat mengalami kemiringan, maka moment of statical stability = W x GZ atau = W x GM x Sin Ø

Bilamana isi tanki hanya sebagian dan kapal miring, maka cairan yang berada dalam tanki tersebut akan mengalir ke sisi tanki yang lebih rendah dan akibatnya titik berat dari cairan tersebut akan berpindah dari (g) ke (g1). Hal ini menyebabkan titik berat kapal (G) juga akan berpindah dari (G) ke (G1) sejajar dengan gg1.

oment of statical stability
= W x G1Z1
= W x GvZv
= W x GvM x Sin Ø

Hal ini menunjukkan bahwa pengaruh permukaan bebas (free surface) mengurangi tinggi metacenter efektip dari GM ke GvM, dimana GGv adalah kenaikan semu dari GM (Virtual loss of GM)

Virtual loss of GM = 1 x d1 x 1 (Meter)
V d2 n
Dimana :
I = Moment kedua dari free surface thdp garis tengah
V = Volume benaman
d1 = Berat jenis cairan dalam tanki
d2 = Berat jenis cairan dimana kapal mengapung

GGV = Kenaikan semu titik berat kapal
GG1 = w x gg1
W
GG1 = v x d1 x gg1
V x d2

Untuk menghitung letak titik Berat (G) yang baru setelah tanki diisi cairan yang menimbulkan permukaan bebas, maka haruslah dipertimbangkan 3(tiga) hal sbb :

Titik berat (G) akan bergerak ke arah titik berat cairan.
Volume benaman kapal akan bertambah sesuai berat cairan yang ditambahkan.
Akan terjadi kenaikan titik G secara semu akibat adanya permukaan bebas.

Diumpamakan bahwa pengaruh permukaan bebas terjadi pada tanki dasar berganda maka:
w = Berat air yang diisi kedalam tanki
W = Berat benaman kapal setelah tanki diisi
g = Titik berat cairan dalam tanki
G = Titik Berat kapal sebelum tanki diisi
V = Volume benaman kapal setelah tanki diisi.

Pergeseran titik G kebawah : w x Gg
W
Kenaikan semu titik G akibat permukaan bebas = i/V
Dengan 2 (dua) rumus tersebut, maka letak titik G terakhir dapat dihitung.

Contoh soal
Sebuah kapal memiliki tanki dasar berganda yang persegi panjang dengan ukuran panjang = 15 meter, lebar = 12,5 meter dan tinggi = 1,40 meter. Dari data kapal diketahui KM = 7,8 m, KG = 6,0 m dengan Berat benaman = 5.250 ton Hitunglah GM barunya jika tanki tersebut diisi air laut sampai dengan tinggi 0,8 meter

Jawab :
Berat air yang masuk kedalam tanki
= Volume x Bj ( 15 x 12,5 x 0,8) x 1,025
= 153,75 ton

W VCG Moment
5.250 6,0 31.500,0
153,75 0,4 61,5
5.403,75 31.561,5

KG akibat penambahan cairan = 31561,5 = 5,84 m
5403,75
Kenaikan titik G akibat permukaan bebas
= Ib³ = 15x(12,5 ³)
12V 12x(5403,75/1,025) = 0,46 m
Letak titik G akibat pemambahan berat = 5,84 m +
KG baru pengaruh permukaan bebas = 6,30 m
KM kapal lama = 7,80 m -
GM baru = 1,50 m
Baca Berikutnya: Pengaruh Ukuran Terhadap Permukaan Bebas

Baca juga: Stabilitas Kapal

Sumber: Materi Diklat Pelaut