Cargo Forces & Accelerations
1
0 Industri maritim global memainkan peran vital dalam perdagangan internasional, dengan lebih dari 90% barang dagangan dunia diangkut melalui laut (UNCTAD, 2023). Dalam proses transportasi maritim, kargo mengalami berbagai gaya dinamis yang kompleks akibat gerakan kapal dan kondisi lingkungan laut. Pemahaman yang akurat tentang percepatan yang dialami kargo sangat penting untuk memastikan keamanan muatan, merancang sistem pengamanan yang memadai, dan mencegah kerusakan struktural atau pergeseran kargo yang dapat membahayakan stabilitas kapal.
Standar internasional seperti DNVGL-ST-N001 (DNV GL, 2016) dan ABS Rules for Building and Classing Mobile Offshore Drilling Units (ABS, 2001) menyediakan kerangka kerja komprehensif untuk menghitung beban dinamis pada struktur dan muatan di lingkungan laut. Namun, implementasi praktis dari standar-standar ini sering kali memerlukan pemahaman mendalam tentang dinamika kapal dan kondisi operasional yang spesifik.
Tulisan ini bertujuan untuk mengembangkan metodologi perhitungan percepatan kargo yang sistematis berdasarkan standar DNVGL-ST-N001 dan ABS MODU, menganalisis kontribusi masing-masing komponen gerakan kapal (roll, pitch, heave) terhadap percepatan total kargo, mengevaluasi pengaruh beban angin terhadap percepatan kargo, dan menyediakan alat perhitungan praktis untuk aplikasi kelautan.
Dinamika Gerakan Kapal
Kapal yang beroperasi di laut lepas mengalami enam derajat kebebasan gerakan: surge (ayunan longitudinal), sway (ayunan lateral), heave (ayunan vertikal), roll (oleng), pitch (angguk), dan yaw (putaran horizontal) (Faltinsen, 1990). Untuk analisis percepatan kargo, tiga gerakan yang paling signifikan adalah roll, pitch, dan heave karena menghasilkan percepatan terbesar pada muatan.
Menurut Lewis (1989), gerakan roll memiliki periode natural yang lebih panjang dibandingkan pitch, dan amplitudonya sangat dipengaruhi oleh tinggi metasentris kapal. Gerakan heave terutama dipengaruhi oleh karakteristik gelombang dan panjang kapal, dengan periode natural yang dapat diperkirakan menggunakan formula empiris berbasis dimensi utama kapal.
Standar DNVGL-ST-N001
DNVGL-ST-N001 Section 11.7.2 (DNV GL, 2016) menyediakan kriteria gerakan standar untuk operasi maritim. Standar ini mendefinisikan amplitudo gerakan maksimum yang dapat diharapkan dalam kondisi laut lepas (open ocean) berdasarkan statistik gelombang dan karakteristik kapal.
Standar ini mengasumsikan amplitudo roll sebesar 30° dan pitch sebesar 15° untuk kondisi laut ekstrem, yang merepresentasikan kondisi operasional terburuk yang mungkin dihadapi kapal dalam operasi reguler.
ABS Rules for MODU
American Bureau of Shipping (ABS) dalam Rules for Building and Classing Mobile Offshore Drilling Units Section C 3-1-2/1.3.2-1.3.3 (ABS, 2001) menyediakan metodologi untuk menghitung beban angin pada struktur dan peralatan. Standar ini mendefinisikan kecepatan angin desain sebesar 100 knot (51.5 m/s) dan koefisien bentuk untuk berbagai geometri. Untuk muatan berbentuk kotak persegi panjang, koefisien bentuk yang digunakan adalah 1.5.
Asumsi Dasar
Analisis ini didasarkan pada asumsi-asumsi berikut:
- Kargo dimodelkan sebagai kotak persegi panjang
- Kargo diperlakukan sebagai massa titik, mengabaikan momen inersia sendiri
- Kriteria gerakan standar DNVGL-ST-N001 Sec 11.7.2 diterapkan
- Analisis hanya berlaku untuk kondisi laut lepas (open ocean)
- Perbedaan fase antara gaya-gaya diabaikan (pendekatan konservatif)
- Maksimum 10 item kargo dapat dianalisis secara simultan
Percepatan Akibat Roll
Percepatan angular maksimum roll dihitung dengan persamaan:
αroll = φ₀ × ω²roll
dimana φ₀ = 30° (0.524 rad) dan ωroll = 2π / Troll
Komponen percepatan linear:
atransversal,roll = y × αroll
avertikal,roll = z × αroll
Percepatan Akibat Pitch
Dengan amplitudo pitch θ₀ = 15° (0.262 rad):
αpitch = θ₀ × ω²pitch
alongitudinal,pitch = x × αpitch
avertikal,pitch = |x| × αpitch
Percepatan Akibat Heave
Amplitudo heave: h₀ = L / 20
Theave = 2π√(L/g)
avertikal,heave = h₀ × ω²heave
Perhitungan Beban Angin
Tekanan angin berdasarkan persamaan Bernoulli:
Pangin = 0.5 × ρudara × V²angin
dimana ρudara = 1.225 kg/m³ dan Vangin = 51.5 m/s
Gaya angin:
Fangin = Pangin × C_s × Aexposed
dengan Cs = 1.5 (koefisien bentuk ABS)
aangin = Fangin / mkargo
Kombinasi Percepatan
Percepatan total menggunakan kombinasi root-sum-square:
along,total = √(a²long,pitch + a²long,angin)
atrans,total = √(a²trans,roll + a²trans,angin)
avert,total = avert,roll + avert,pitch + avert,heave + g
Hasil akhir dinyatakan dalam satuan gravitasi (g): a[g] = a[m/s²] / 9.81
Transportasi kargo melalui laut melibatkan berbagai gaya dinamis yang kompleks yang dapat mempengaruhi integritas struktural dan keamanan muatan. Penelitian ini mengembangkan metodologi komprehensif untuk menghitung percepatan yang dialami kargo selama transportasi laut berdasarkan standar internasional DNVGL-ST-N001 dan ABS Rules for Mobile Offshore Drilling Units (MODU). Analisis mencakup perhitungan percepatan akibat gerakan kapal (roll, pitch, dan heave) serta beban angin eksternal. Metodologi yang dikembangkan menggunakan pendekatan konservatif dengan mengabaikan perbedaan fase antar gaya untuk memastikan keamanan maksimal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa percepatan total pada kargo sangat dipengaruhi oleh posisi kargo relatif terhadap pusat gravitasi kapal, karakteristik dinamis kapal, dan kondisi lingkungan. Implementasi dalam bentuk aplikasi web memungkinkan perhitungan cepat untuk hingga 10 item kargo secara simultan, memberikan hasil dalam satuan gravitasi (g) untuk arah longitudinal, transversal, dan vertikal.
About The Author
