Tabel 3 dan Gambar 8 adalah contoh Response Amplitude Operator (RAO) hasil perhitungan MOSES 6.0 untuk gerakan surge pada berbagai kondisi draft.

Transkripsi

1 maksimum yang terjadi pada struktur topside module maka dilakukan analisa keandalan struktur topside module FPSO dengan menggunakan simulasi Monte Carlo. 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Motion Analisa motion FPSO dilakukan untuk mendapatkan single amplitude accelerations dan Response Amplitude Operator (RAO) dari FPSO untuk lima arah heading gelombang, yaitu arah 0 o, 45 o, 90 o, 135 o dan 180 o dalam gerak surge, heave, sway, roll, pitch dan yaw. Perhitungan dilakukan pada berbagai kondisi yaitu load line draft dengan draft 18.0m, vessel draft full dengan draft 16.2m, vessel draft medium dengan draft 14.6m, vessel draft light dengan draft 13.9m dengan software MOSES 6.0. Kondisi gelombang yang digunakan adalah gelombang 100 tahunan. Gambar 6 model FPSO menggunakan MOSES dengan Mooring line. Validasi parameter hidrostatis pada MOSES dan Maxsurf dengan data hidrostatis Conoco Phillips. Setelah itu melakukan running hidrodinamis pada MOSES untuk mendapatkan RAO dan acceleration pada FPSO. Selanjutnya memodelkan secara local struktur topside module dengan SACS untuk mendapatkan kekuatan struktur topside module dengan meninjau unity chek (UC) maksimum yang terjadi. Gambar 8 Grafik RAO motion surge FPSO dengan berbagai sarat. Tabel 3 Tabulasi nilai karakteristik gelombang kondisi Surge Arah Datang Gelombang (degree) Statistik 0' 45' 90' 135' 180' Frekwensi (ω) Sarat 18.0m Sarat 16.2m Frekwensi (ω) Gambar 7 Pemodelan struktur topside module dengan SACS 5.2 Pemodelan struktur topside module akan dijadikan tiga struktur basis sederhana, yaitu : Model A Model Statis dengan beban gravitasi struktur itu sendiri. Model B Model Dinamis dengan memasukkan percepatan FPSO (didapat setelah FPSO dimodelkan pada MOSES) sebagai beban inertia load. Model C Model Statis dengan beban gravitasi struktur tersebut, beban lingkungan dan beban dinamik (beban inertia). Setelah mengetahui kekuatan struktur topside module FPSO yang ditinjau dari besarnya unity chek (UC) 6 Frekwensi (ω) Sarat 14.6m Frekwensi (ω) Sarat 13.9m Tabel 3 dan Gambar 8 adalah contoh Response Amplitude Operator (RAO) hasil perhitungan MOSES 6.0 untuk gerakan surge pada berbagai kondisi draft. Tabel 4 Acceleration FPSO dengan variasi sarat Motion Acceleration Draft 18.0m Draft 16.2m Draft 14.6m Draft 13.9m Max. Surge ACC (g) Max. Sway ACC (g) Max. Heave ACC (g) Roll ACC (deg/sec²) Pitch ACC (deg/sec²) Yaw ACC (deg/sec²)

2 Dimana : X = Surge, Roll Y = Sway, Pitch Z = Heave, Yaw Tabel 4 adalah Hasil dari perhitungan maximum single amplitude accelerations pada berbagai kondisi sarat dengan MOSES Validasi Model Untuk menyakinkan bahwa pemodelan yang kita lakukan sudah benar maka dilakukan validasi beberapa parameter seperti pada Tabel 5. Tabel 5 Validasi beberapa parameter FPSO pada kondisi sarat 16.2m Validasi % error Parameter unit Conoco Phillips Maxsurf MOSES max-dat mos-dat T m KG m Displacement ton VCB m LCB m LCF m KMT m KML m Analisa Kekuatan struktur Topside Module FPSO dengan SACS Setelah mendapatkan perhitungan besarnya nilai percepatan dari hasil pemodelan FPSO dengan MOSES 6, maka percepatan tersebut akan dijadikan input di program SACS sebagai inertia load. Terdapat tiga tahapan dalam pemodelan struktur topside module tersebut, yaitu : Model A, model Statis dengan beban gravitasi struktur itu sendiri. Model B, model Dinamis dengan memasukkan percepatan FPSO (didapat setelah FPSO dimodelkan pada MOSES) sebagai beban inertia load. Model C, model Statis dengan beban gravitasi struktur tersebut, beban lingkungan dan beban dinamik (beban inertia). Tabel 6 dibawah ini merupakan pembebanan pada struktur topside module model A dengan menggunakan program SACS 5.2. Type of Load SDL (Structural Dead EL ( Equipment BL (Blanket LL (Live WL (Wind Tabel 6 Basic load case model A Basic Load Case No. 111 Computer General Structural Selfweight 112 Unmodelled Structure Steel 131 Equipment Load 132 Piping Load 133 Electrical Load 134 Instrument Load 151 Blanket load 161 Open Area Live Load 171 Wind X Load 172 Wind Y Load 7 Hasil dari perhitungan pembebanan model A dengan SACS 5.2. ditunjukkan pada Tabel 7 dan hasil dari unity chek (UC) maksimum model A dapat dilihat pada Tabel 8 di bawah. Load. Load Statis Cond FX (KN) FY (KN) FZ (KN) MX (KN M) MY (KN M) MZ (KN M) 111 Dead Load (Self weight) Unmodeled Load Equipment Load Piping Load Electrical Load Instrument Load Blanked Load Live Load Wind Load X Wind Load Y (SG3) (SH3) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG1) (SG1) 0.54 LOWER (SG1) 0.5 LEVEL (SG1) (SG1) (SG1) 0.33 BRACING (BR) (LG2) (LGA) 0.43 Dynamic Model Quartering sea Tabel 7 Seastate basic load case summary model A Tabel 8 Maximum member stress summary (UC) model statis Input data untuk model dinamis (model B) yaitu percepatan FPSO dari berbagai variasi sarat yang dihasilkan dari perhitungan motion dan acceleration dengan menggunakan perangkat lunak (software) MOSES dapat dilihat pada Tabel 4, dan basic load case dynamic model pada Tabel 9 dibawah ini. Tabel 9 Basic Load case dynamic model (model B) Load Case No Surge + Pitch + Heave Surge Pitch + Heave 203 Surge + Pitch + Heave 204 Surge + Pitch + Heave Sway + Roll + Heave Sway Roll + Heave 303 Sway + Roll + Heave 304 Sway Roll + Heave Surge Pitch Sway Roll + Heave + Yaw Surge Pitch 0.5 Sway 0.5 Roll + Heave + Yaw Surge 0.5 Pitch Sway Roll + Heave + Yaw

3 Load. Force Summation (KN) Moment Summation (KN M) Cond Surge (X) Sway (Y) Heave (Z) Roll (X) Pitch (Y) Yaw (Z) Quartering Sea Static Load Dynamic Load Contoh hasil dari perhitungan pembebanan model dinamis (model B) pada berbagai kondisi sarat dengan SACS 5.2. ditunjukkan pada Tabel 10 di bawah ini. Type of Load SDL (Structural Dead EL ( Equipment BL (Blanket 151 Blanket load Quartering sea 111 Computer General Structural Selfweight 112 Unmodelled Structure Steel 131 Equipment Load 132 Piping Load 133 Electrical Load 134 Instrument Load LL (Live 161 Open Area Live Load WL (Wind Tabel 10 Dynamic loading summation draft 13.9m Dari perhitungan yang dihasilkan dynamic load dari pemodelan dynamic (model B) dapat dilihat bahwa dari keempat sarat gaya yang paling besar terjadi pada sarat 13.9m. Pada kondisi head sea gaya terbesar terjadi pada load case 204 dengan gaya translasi sebesar (sumbu X/ surge) sedangkan untuk gaya rotasional sebesar KN-M (sumbu Y/pitch). Untuk kondisi beam sea gaya terbesar terjadi pada load case 302 dengan gaya translasi sebesar KN (sumbu Y/sway) sedangkan gaya rotasional sebesar KN-M (sumbu X/roll). Pada kondisi quartering sea gaya terbesar terjadi pada load case 403 dengan gaya translasi sebesar KN (sumbu X/ surge) sedangkan untuk gaya rotasional sebesar KN-M (sumbu X/roll). Setelah mendapatkan beban inertia dari hasil perhitungan model dinamis, maka dilanjutkan dengan menghitung dan mengkombinasikan beban keseluruhan struktur topside module, yakni kombinasi antara beban statis dengan beban dinamis yang dapat dilihat pada Tabel 11 dibawah. Tabel 11 Basic load case Static Dynamic (Model C) Basic Load 171 Wind X Load 172 Wind Y Load Surge + Pitch + Heave Surge Pitch + Heave 203 Surge + Pitch + Heave 204 Surge + Pitch + Heave Sway + Roll + Heave Sway Roll + Heave 303 Sway + Roll + Heave 304 Sway Roll + Heave Surge Pitch Sway Roll + Heave + Yaw Surge Pitch 0.5 Sway 0.5 Roll + Heave + Yaw Surge 0.5 Pitch Sway Roll + Heave + Yaw 8 Load. Cond Contoh hasil dari perhitungan kombinasi pembebanan model statis - dinamis (model C) pada berbagai kondisi sarat dengan SACS 5.2. ditunjukkan pada Tabel 11 di bawah ini. Tabel 11 Seastate basic load case summary model C draft 13.9m Load Statis Dynamis FX (KN) FY (KN) FZ (KN) MX (KN M) MY (KN M) MZ (KN M) 111 Dead Load (Self weight) Unmodeled Load Equipment Load Piping Load Electrical Load Instrument Load Blanked Load Live Load Wind Load X Wind Load Y Quartering Sea Setelah mendapatkan pembebanan model statis - dinamis (model C) pada berbagai kondisi sarat dengan SACS 5.2 maka dilanjutkan dengan mengkombinasikan beban keseluruhan struktur topside module untuk mengetahui unity check (UC) member pada struktur topside module. Load Combination Load Combination 1 (Equipment load Condition) Load Combination I (Equipment Load Condition) Tabel 12 Load Combinations for model C Load Combination No. Static Load Dynamic Load SDL + EL + LL + WL SDL + EL + LL + WL SDL + EL + LL + WL Quartering Sea Tabel 13 di bawah ini adalah hasil perhitungan dari mengkombinasikan beban keseluruhan struktur topside module pada berbagai kondisi sarat dengan SACS 5.2. Tabel 13 Seastate combinate load case summary draft 13.9m Load. Combined Load Case Comb FX (KN) FY (KN) FZ (KN) MX (KN M) MY (KN M) MZ (KN M)

4 Dari perhitungan yang dihasilkan combinate load pemodelan static-dynamic (model C) dapat dilihat bahwa dari keempat sarat gaya yang paling besar terjadi pada sarat 13.9m. Pada kondisi head sea gaya terbesar terjadi pada load case 2004 dengan gaya translasi sebesar (sumbu X/ surge) sedangkan untuk gaya rotasional sebesar KN-M (sumbu Z/yaw). Untuk kondisi beam sea gaya terbesar terjadi pada load case dengan gaya translasi sebesar KN (sumbu Y/sway) sedangkan gaya rotasional sebesar KN-M (sumbu X/roll). Pada kondisi quartering sea gaya terbesar terjadi pada load case 4003 dengan gaya translasi sebesar KN (sumbu X/ surge) sedangkan untuk gaya rotasional sebesar KN-M (sumbu Z/yaw). Tabel 14 s/d 17 di bawah ini adalah maximum member stress unity check (UC) pada berbagai kondisi sarat dengan SACS 5.2. Tabel 14 Maximum member stress summary (UC) draft 18.0m (SG3) (SH3) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) BRACING (BR) (LG2) (LGA) 0.64 Tabel 15 Maximum member stress summary (UC) draft 16.2m (SG3) (SH3) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) BRACING (BR) (LG2) (LGA) 0.72 Tabel 16 Maximum member stress summary (UC) draft 14.6m (SG3) (SH3) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) BRACING (BR) (LG2) (LGA) 0.83 Tabel 17 Maximum member stress summary (UC) draft 13.9m (SG3) (SH3) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG2) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) (SG1) 1.29 BRACING (BR) (LG2) (LGA) 0.86 Dari hasil unity chek (UC) maksimum yang diperoleh dapat diketahui, pada sarat 18.0m kekuatan struktur topside module FPSO tersebut aman karena UC < 1dengan (UC) maksimum sebesar kemudian pada sarat 16.2m kekuatan struktur topside module FPSO tersebut tidak aman dengan (UC) maksimum sebesar 1.251, demikian pula sampai sarat terendah 13.9m kekuatan struktur topside module FPSO tersebut tidak aman dengan (UC) maksimum sebesar Analisa Keandalan Penentuan moda kegagalan merupakan unsur penting dalam melakukan analisis keandalan suatu struktur. Pada analisis keandalan pada topside module, moda kegagalan pada kombinasi Tekan Aksial dan Bending Member yang direpresentasikan dalam unity check member (UC) yang berfungsi sebagai variabel acak dan angka 1 sebagai faktor kekuatan atau ketahanan, Jadi topside module dikatakan gagal apabila tegangan yang berlaku pada member melebihi kekuatan nominalnya. Persamaan yang digunakan yaitu: 9

5 MK : UC-1 < 0 aman UC-1 > 0 gagal Dengan : MK = Moda kegagalan Jadi struktur akan dikatakan gagal apabila UC > 1, dan sebaliknya struktur dikatakan sukses apabila UC < 1. Dalam konsep ini perancang dapat menggambarkan suatu sistem dengan segala hal yang mempengaruhi atau mengakibatkan kerusakan pada sistem tersebut misalnya kondisi pembebanan, ketahanan struktur, kondisi lingkungan yang lebih mendekati keadaan yang sebenarnya karena melibatkan aspek ketidakpastian dalam analisanya. Dalam analisa keandalan sistem struktural maka perlu untuk mendefinisikan ketidakpastian yang diterima oleh struktur. keandalan pada variasi sarat air seperti pada Tabel 19 pada sarat 18.0m keandalannya adalah 0.903, kemudian pada sarat 16.2m keandalannya turun menjadi 0.687, demikian pula sampai sarat terendah 13.9m keandalannya semakin menurun yaitu Tabel 19 Nilai Keandalan struktur topside module FPSO Draft Pof K 18.0m m m m Simulasi Monte Carlo dilakukan dengan tabulasi agar lebih mudah seperti terdapat pada Tabel 18 dan Gambar 9. Untuk memperoleh hasil yang akurat, maka simulasi dilakukan sebanyak 10,000 kali. Untuk menentukan akurasi dari jumlah simulasi,maka dilakukan pencatatan nilai Pof pada setiap jumlah tertentu sehingga didapatkan nilai keandalan yang cenderung konstan. Tabel 18 Keandalan struktur topside module FPSO pada draft 13.9m Σdata Σsucces Σfail Pof K Gambar 9 Grafik keandalan struktur topside module FPSO pada draft 13.9m Pada Tabel 18 dan Gambar 4.20 diatas, keandalan struktur topside module pada sarat 13.9m tidak konstan dari iterasi pertama hingga iterasi terakhir. Hingga iterasi terakhir dengan jumlah iterasi sebanyak 0 kali, keandalan dari struktur topside module FPSO tersebut menurun yaitu sebesar Setelah dilakukan simulasi monte carlo didapatkan 10 Gambar 10 Grafik keandalan struktur topside module FPSO Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin kecil sarat air FPSO maka keandalan dari struktur topside module FPSO akan semakin menurun. Kekuatan dan keandalan struktur topside module FPSO yang tinggi dan aman terjadi pada sarat 18.0m, sedangkan pada saat sarat 16.2m,14.6m dan 13.9m kekuatan dan keandalan struktur sangat kritis. Untuk mendapatkan kekuatan serta keandalan yang tinggi dan aman pada sarat-sarat tersebut, harus mengganti struktur baja bermutu tinggi dengan kekuatan hasil nominal atau nominal yield strength (Fv) dan kuat tarik atau ultimate tensile strength yang lebih tinggi dari sebelumnya atau dengan memperbesar profile struktur topside module FPSO tersebut. 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari analisis yang telah dilakukan pada Bab IV, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Perilaku gerak FPSO saat beroperasi dalam berbagai kondisi lingkungan ialah sebagai berikut: Following seas (μ= 0 o ) dan Head seas (μ= 180 o ) Pada arah gelombang 0 o dan 180 o, gerakan FPSO yang mengalami perubahan paling signifikan adalah RAO surge (1.057), RAO heave (0.867), dan RAO pitch (0.609). Gerakan sway, roll, dan yaw hampir tidak mengalami perubahan.

6 Beam seas (μ= 90 o ) Pada arah gelombang 90 o, gerakan FPSO yang mengalami perubahan paling signifikan adalah RAO sway (1.307), RAO heave (0.953), dan RAO roll (2.972). Gerakan yang lain tidak begitu mengalami perubahan. Quartering seas (μ= 45 o dan μ= 135 o ) Pada arah gelombang 45 o dan 135 o, gerakan FPSO semuanya mengalami perubahan. 2. Dari hasil unity chek (UC) maksimum yang diperoleh dapat diketahui, pada sarat 18.0m kekuatan struktur topside module FPSO tersebut aman karena UC < 1 dengan (UC) maksimum sebesar kemudian pada sarat 16.2m kekuatan struktur topside module FPSO tersebut tidak aman dengan (UC) maksimum sebesar 1.251, kemudian pada sarat 14.6m kekuatan struktur topside module FPSO tersebut tidak aman dengan (UC) maksimum sebesar 1.311, demikian pula sampai sarat terendah 13.9m kekuatan struktur topside module FPSO tersebut tidak aman dengan (UC) maksimum sebesar Semakin kecil sarat air FPSO maka kekuatan struktur dari struktur topside module FPSO akan semakin menurun. 3. Keandalan struktur topside module FPSO berdasarakan perhitungan menggunakan simulasi Monte Carlo didapatkan keandalan pada variasi sarat air seperti berikut, pada sarat 18.0m keandalannya adalah 0.903, kemudian pada sarat 16.2m keandalannya turun menjadi 0.687, kemudian pada sarat 14.6m keandalannya turun menjadi demikian pula sampai sarat terendah 13.9m keandalannya semakin menurun yaitu Dari keandalan pada variasi sarat air tersebut memperlihatkan bahwa struktur topside module FPSO mempunyai keandalan yang tinggi dan aman pada sarat air 18.0m, sedangkan semakin kecil sarat air FPSO maka keandalan dari struktur topside module FPSO akan semakin menurun. 5.2 Saran Saran yang dapat diberikan pada hasil analisis tugas akhir ini adalah : 1. Melakukan anlisa detail dengan menambah penegar pada struktur topside module FPSO untuk penelitian selanjutnya. 2. Melakukan analisis lebih detail dengan memodelkan struktur support agar mendapatkan hasil yang lebih akurat. American Petroleum Institute, API RP 2A, Recommended Practise for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshire Platform-Working Stress Design Barltrop, N., dan Okan, B., 2000, FPSO Bow Damage in steep waves, Rogue waves 2000 workshop, Brest. Bhattacharyya, R Dynamic of Marine Vehicles. John Wiley and Sons Inc., New York. Chakrabarti, S.K., 1987, Hydrodynamics of Offshore Structures, Computational Mechanics Publications Southampton, Boston, USA. Dawson, Thomas H., 1983, Offshore Structural Engineering, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey. Djatmiko, E. B., 2003, Seakeeping: Perilaku Bangunan Apung di Atas Gelombang, Jurusan Teknik Kelautan ITS, Surabaya. Hsu, Teng H., 1984, Applied Offshore Structural Engineering, Houston. Indiyono, P Hidrodinamika Bangunan Lepas Pantai. Surabaya: SIC. Martins, Marcelo R., 2007, Inertial and Hydrodynamic Inertia Loads on Floating Unit, Sao Paulo. Murdjito, Conceptual Design and Offshore Structure. Kursus Singkat Offshore Struktur Design and Modelling. Ocean Engineering Training Center, Surabaya. Popov, E. P Mechanical of Material. Prentice-Hall Inc. Engelwood Cliffts. New Jersey. USA. Rosyid, D.M., 2007, Pengantar Rekayasa Keandalan, Airlangga University Press, Surabaya UKOOA, 2002, FPSO Design Guidance Notes for UKCS Service. Glasgow Januari 2010 DAFTAR PUSTAKA ABS, 2004, Floating Production Installations, Houston,USA. 11